Des chercheurs biomédicaux de l’université Texas A&M indiquent qu’ils ont peut-être trouvé un moyen de stopper ou même d’inverser la perte d’énergie cellulaire associée aux dommages et au vieillissement. Si de futures études confirment ces résultats, cette découverte pourrait entraîner des changements importants dans le traitement de nombreuses maladies en médecine.
Un déclin des mitochondries peut affaiblir les cellules
Les mitochondries sont des composants petits mais extrêmement importants de presque toutes les cellules du corps et sont souvent appelées les “centrales électriques de la cellule”. Elles produisent la majeure partie de l’énergie dont le corps a besoin en transformant la dégradation des nutriments en ATP, la monnaie énergétique universelle. Outre cette tâche centrale, elles jouent également un rôle important dans le métabolisme, par exemple dans la dégradation des acides gras, et peuvent même produire de la chaleur si nécessaire. Les mitochondries possèdent leur propre ADN, transmis exclusivement par la mère, ce qui indique qu’elles sont à l’origine issues de bactéries indépendantes. Elles sont également impliquées dans le contrôle de la mort cellulaire programmée, un mécanisme important pour éliminer les cellules endommagées ou dangereuses. Un mode de vie sain comprenant de l’exercice, une alimentation équilibrée, un bon sommeil et peu de stress favorise leur efficacité.
Lorsque les cellules humaines vieillissent ou sont endommagées par des maladies dégénératives comme la maladie d’Alzheimer ou par des agents nocifs comme les agents chimiothérapeutiques, leur capacité à produire de l’énergie diminue constamment. L’une des principales raisons en est la diminution du nombre de mitochondries, qui fournissent la majeure partie de l’énergie consommée par une cellule. Que ce soit dans le tissu cérébral, le muscle cardiaque ou d’autres organes, la diminution du nombre de mitochondries se traduit par des cellules plus faibles, moins saines, qui finissent par ne plus pouvoir remplir leurs fonctions essentielles.
Le Dr Akhilesh K. Gaharwar et le doctorant John Soukar, en collaboration avec des collègues du département d’ingénierie biomédicale, ont mis au point une technique permettant d’alimenter les cellules endommagées en mitochondries fraîches. En réapprovisionnant ces minuscules producteurs d’énergie, la méthode permet de rétablir la production d’énergie à son niveau antérieur et d’améliorer considérablement la santé générale des cellules. Le déclin des mitochondries est associé au vieillissement, aux maladies cardiaques et à diverses maladies neurodégénératives. Une stratégie qui renforce la capacité naturelle du corps à remplacer les mitochondries usées pourrait en principe contribuer à s’attaquer à tous ces problèmes à la fois.
Les nanoflowers transforment les cellules souches en donneurs de mitochondries
L’étude publiée dans les Proceedings of the National Academy of Sciences a combiné des particules microscopiques en forme de fleur, appelées nanoflowers, avec des cellules souches. Lorsque les cellules souches ont été exposées à ces nanoflowers, elles ont commencé à produire environ deux fois plus de mitochondries que d’habitude. Lorsque les cellules souches renforcées ont ensuite été placées à côté de cellules endommagées ou vieillissantes, elles ont transmis leurs mitochondries supplémentaires à ces cellules endommagées voisines. Une fois qu’elles ont reçu de nouvelles mitochondries, les cellules précédemment endommagées ont pu rétablir leur production d’énergie et leur activité normale. Ces cellules ressuscitées ont non seulement montré un niveau d’énergie amélioré, mais elles sont également devenues plus résistantes à la mort cellulaire, même lorsqu’elles ont été exposées ultérieurement à des traitements nocifs comme la chimiothérapie.
“Nous avons entraîné des cellules saines à partager leurs batteries de rechange avec des cellules plus faibles”, a déclaré Gaharwar, professeur de génie biomédical. “En augmentant le nombre de mitochondries dans les cellules donneuses, nous pouvons aider les cellules vieillissantes ou endommagées à retrouver leur vitalité, sans modification génétique ni médicaments”. Bien que les cellules soient naturellement capables d’échanger de petites quantités de mitochondries, les cellules souches traitées avec Nanoflowers, que l’équipe appelle des bio-usines mitochondriales, ont transféré deux à quatre fois plus de mitochondries que les cellules souches non traitées. “L’augmentation multiple de l’efficacité a dépassé nos attentes”, a déclaré Soukar, auteur principal de l’étude. “C’est comme si on installait une nouvelle batterie sur un vieil appareil électrique. Au lieu de les jeter, nous insérons des batteries entièrement chargées de cellules saines dans des cellules malades”.
Durée d’action plus longue des thérapies mitochondriales
Les chercheurs ont essayé d’autres moyens d’augmenter le nombre de mitochondries dans les cellules, mais ces approches impliquent souvent des compromis. Les méthodes médicamenteuses sont basées sur de petites molécules qui quittent les cellules assez rapidement, de sorte que les patients peuvent avoir besoin de traitements fréquents et répétés pour maintenir l’effet. En revanche, les nanoparticules plus grandes (d’un diamètre d’environ 100 nanomètres) restent dans la cellule et continuent à stimuler plus efficacement la production mitochondriale. En conséquence, les thérapies basées sur cette technologie Nanoflower pourraient ne devoir être administrées qu’une fois par mois environ. “Il s’agit d’une étape précoce mais passionnante vers la régénération des tissus vieillissants à l’aide de leurs propres mécanismes biologiques”, a déclaré Gaharwar. “Si nous pouvons renforcer en toute sécurité ce système naturel de distribution d’énergie, il pourrait un jour contribuer à ralentir ou même à inverser certains effets du vieillissement cellulaire”.
Les nanoflowers sont fabriqués à partir de bisulfure de molybdène, un composé inorganique qui peut former de nombreuses formes bidimensionnelles différentes à très petite échelle. Le laboratoire de Gaharwar fait partie d’un petit groupe de groupes de recherche qui étudient comment le bisulfure de molybdène pourrait être utilisé à des fins biomédicales. Les cellules souches jouent déjà un rôle central dans la recherche de pointe sur la réparation et la régénération des tissus. L’utilisation de nanoflowers pour augmenter la performance des cellules souches pourrait être une étape importante pour rendre ces cellules encore plus efficaces dans les thérapies futures.
Une approche polyvalente pour de nombreux tissus
L’un des aspects les plus prometteurs de cette technique est sa flexibilité. Bien qu’elle n’en soit qu’à ses débuts et qu’elle nécessite encore beaucoup plus de tests, elle pourrait théoriquement être utilisée pour traiter les pertes de fonction dans de nombreux tissus différents dans tout le corps. “On pourrait utiliser les cellules à n’importe quel endroit du corps du patient”, a déclaré Soukar. “Dans le cas d’une cardiomyopathie, on pourrait donc traiter directement les cellules cardiaques en introduisant les cellules souches directement dans le cœur ou à proximité”. La cardiomyopathie est un terme générique désignant les maladies du muscle cardiaque dans lesquelles la structure ou la fonction du muscle cardiaque est perturbée. De ce fait, le cœur ne peut plus pomper le sang aussi bien ou ne peut pas se détendre correctement.
La dystrophie musculaire est un terme générique désignant un groupe de maladies musculaires héréditaires dans lesquelles les muscles s’affaiblissent et se dégradent progressivement. La cause en est des modifications (mutations) dans des gènes qui sont importants pour la construction ou la stabilité des cellules musculaires. De ce fait, les cellules musculaires ne peuvent plus maintenir leur fonction normale et se détériorent avec le temps. Dans le cas de la dystrophie musculaire, il est possible, selon les chercheurs, d’injecter les cellules souches directement dans le muscle. Cette méthode serait extrêmement prometteuse, car elle peut être utilisée dans un grand nombre de cas. Les nouvelles découvertes pourraient déboucher sur de nouvelles méthodes de traitement pour différentes maladies.
Des neuroscientifiques découvrent des cellules immunitaires qui pourraient ralentir le processus de vieillissement
D’autres chercheurs ont identifié un nouveau groupe de cellules T auxiliaires qui semble protéger contre le vieillissement en éliminant les cellules sénescentes nocives. Leur présence chez les super centenaires suggère qu’elles pourraient être une clé pour maintenir un système immunitaire plus sain et adapté à l’âge.
Le professeur Alon Monsonego de l’Université Ben Gourion du Néguev a découvert que les lymphocytes T auxiliaires, c’est-à-dire les cellules immunitaires impliquées dans la régulation des défenses de l’organisme, changent de fonction avec l’âge. Ces changements peuvent refléter l’âge biologique d’une personne, qui peut ne pas correspondre à son âge chronologique. Dans le cadre de ces changements, l’équipe de recherche (les laboratoires du professeur Monsonego et du professeur Esti Yeger-Lotem) a identifié un groupe jusqu’alors inconnu de cellules T auxiliaires dont la fréquence augmente avec l’âge. L’importance de cette découverte est devenue plus évidente lorsqu’une étude japonaise portant sur des super-centenaires, c’est-à-dire des personnes ayant largement dépassé l’âge de 100 ans, a constaté que le même sous-groupe de cellules T auxiliaires était présent en abondance dans leur système immunitaire. Le professeur Monsonego pense que ces cellules peuvent contribuer à maintenir une réponse immunitaire adaptée à chaque phase de la vie d’une personne. Les résultats ont été publiés récemment dans Nature Aging.
Un sous-groupe particulier de cellules T auxiliaires pourrait détenir le secret d’une vie plus saine et plus longue
Les scientifiques décrivent le vieillissement comme un processus au cours duquel les cellules perdent progressivement leur capacité à réparer les dommages de routine. Lorsque cela se produit, le corps montre des signes de vieillissement. Les cellules sénescentes, qui apparaissent naturellement lorsqu’elles sont correctement régulées, deviennent nocives lorsqu’elles s’accumulent, car elles peuvent déclencher des inflammations et des lésions tissulaires. Les chercheurs ont découvert qu’une partie des cellules T auxiliaires, dont le nombre augmente de manière inattendue avec l’âge, possède des capacités mortelles. Ces cellules aident à éliminer les cellules sénescentes et à limiter ainsi leurs effets négatifs. Les travaux du professeur Monsonego ont montré qu’une diminution du nombre de ces cellules T auxiliaires chez la souris entraînait un vieillissement plus rapide des animaux et une réduction de leur durée de vie. Ce sous-groupe inhabituel et hautement spécialisé de cellules T auxiliaires continue d’augmenter avec l’âge et semble jouer un rôle important dans le ralentissement du processus de vieillissement.
Étant donné que les cellules T auxiliaires changent avec l’âge et semblent jouer un rôle central dans le processus de vieillissement, le professeur Monosonego et son équipe proposent de suivre ces modèles immunitaires chez les personnes âgées de 30 ans et plus. Un tel suivi pourrait fournir des informations sur la vitesse à laquelle une personne vieillit biologiquement et aider à prendre des mesures précoces pour favoriser un vieillissement en bonne santé. Des différences de plusieurs dizaines d’années peuvent se développer entre l’âge biologique et l’âge chronologique.
“On dit que pour inverser le processus de vieillissement et “rajeunir”, nous devons restaurer le système immunitaire à l’état de personnes d’une vingtaine d’années. Notre recherche montre toutefois que ce n’est peut-être pas le cas. Les gens n’ont pas besoin d’un système immunitaire surchargé, mais d’un système qui fonctionne correctement et qui est adapté à leur stade de vie. Par conséquent, l’une des “hypothèses de base” concernant le ralentissement du processus de vieillissement pourrait être erronée”, explique le professeur Monsonego. Les cellules nouvellement identifiées offrent non seulement de nouvelles perspectives sur le processus de vieillissement, mais pourraient également être utiles pour le diagnostic et les traitements futurs du vieillissement dérégulé, de la longévité et des maladies liées à l’âge.