Une nouvelle dimension dans la transplantation
Tout comme le corps humain peut être divisé en différents organes - tels que le cœur, les poumons, les reins, l'intestin ou le foie - nos cellules se composent également de plusieurs systèmes complémentaires et interdépendants. Ces systèmes sont appelés organites, ce qui signifie petits organes. De même que nous sommes parfois capables d'ajouter plusieurs décennies à la vie d'un patient ou une patiente atteintd d'une maladie rénale en lui transplantant un rein sain, nous pourrons peut-être un jour rajeunir des cellules individuelles en transplantant des composants cellulaires.
A l'aide d'une nanoseringue
Cette perspective peut sembler relever de la science-fiction, mais les nouvelles découvertes du groupe de recherche dirigé par Julia Vorholt à l'Institut de microbiologie de l'ETH Zurich suggèrent qu'elle a désormais atteint le stade de la faisabilité technique. Dans le cadre de leurs recherches, récemment publiées dans la revue PLOS Biology, le groupe a utilisé avec succès une nanoseringue qu'il avait précédemment mise au point pour transplanter des mitochondries d'une cellule vivante à une autre.
Les mitochondries sont les minuscules centrales électriques de la cellule où se déroulent les processus de respiration cellulaire - des processus qui ont évolué à l'origine dans les bactéries il y a plus de 2 milliards d'années. Au fil du temps, certaines bactéries se sont jointes à d'autres cellules pour former une communauté interdépendante dans un processus appelé endosymbiose, qui a joué un rôle majeur dans le développement évolutif de la vie sur Terre. L'endosymbiose est finalement ce qui a conduit à l'évolution de tous les organismes multicellulaires constitués de cellules complexes - des champignons et des plantes aux animaux, y compris les êtres humains.
Des fils aux colliers de perles
L'endosymbiose a permis aux anciennes bactéries de se transformer progressivement en mitochondries, les organites responsables de la production d'énergie dans les cellules complexes actuelles. Dans les cellules humaines, les mitochondries forment un réseau dynamique, semblable à un fil. «Les fils réagissent à la pression négative et se transforment en quelque chose comme un collier de perles, duquel les mitochondries individuelles se détachent ensuite», explique Christoph Gäbelein, auteur principal de l'article.
À l'aide de nanoseringues cylindriques spécialement conçues pour cette étude, les chercheurs et chercheuses ont percé la membrane cellulaire et aspiré les mitochondries sphériques. Ils et elles ont ensuite percé la membrane d'une autre cellule et pompé les mitochondries hors de la nanoseringue vers la cellule réceptrice.
La position de la nanoseringue est contrôlée par la lumière laser d'un microscope à force atomique converti. Un régulateur de pression ajuste le débit, ce qui permet aux scientifiques de transférer d'incroyables petits volumes de liquide de l'ordre du femtolitre (millionième de millionième de millilitre) lors des transplantations d'organes. «Les cellules du donneur ou de la donneuse et de l'accepteur ou de l'acceptrice survivent toutes deux à cette procédure peu invasive», précise Christoph Gäbelein.
Rajeunissement cellulaire
Les mitochondries transplantées ont également un taux de survie élevé - plus de 80%. Dans la plupart des cellules, les mitochondries injectées commencent à fusionner avec le réseau filamenteux de la nouvelle cellule 20 minutes après la transplantation. «La cellule hôte les accepte», explique Julia Vorholt. Cela est vrai dans la plupart des cas, mais dans quelques cellules, elles sont victimes du système de contrôle de la qualité de la cellule hôte et sont dégradées.
Dans leur article, les chercheusses et chercheurs écrivent que «la technique présentée dans cet article facilitera les applications dans divers domaines de recherche à l'avenir». Il est concevable qu'elle puisse être utilisée pour rajeunir les cellules souches, dont l'activité métabolique diminue avec l'âge. Mais l'équipe de Julia Vorholt poursuit actuellement d'autres projets: «Nous voulons comprendre les processus qui contrôlent la coopération entre les différents compartiments cellulaires et nous espérons découvrir comment les endosymbioses se développent au cours de l'évolution», explique la professeure.
