Un biomatériau conçu pour migrer dans la circulation sanguine pourrait offrir un moyen moins invasif de soulager l’inflammation et de favoriser l’auto-guérison des tissus blessés. Lors d’études animales, le matériau injectable a amélioré les lésions tissulaires causées par les crises cardiaques chez les rongeurs et les grands animaux. Les premières expériences de preuve de concept ont également suggéré que la même approche pourrait un jour être utile pour d’autres maladies liées à l’inflammation, notamment les lésions cérébrales traumatiques et l’hypertension artérielle pulmonaire.
« Ce biomatériau permet de traiter les tissus endommagés de l’intérieur », a déclaré Karen Christman, professeur de bioingénierie à l’université de Californie San Diego et chercheuse principale de l’équipe qui a développé le matériau. « C’est une nouvelle approche de la médecine régénérative ». Les résultats ont été publiés en 2022 par une équipe de bio-ingénieurs et de médecins dans la revue scientifique Nature Biomedical Engineering. A l’époque, Christman avait déclaré qu’une étude sur l’homme pour vérifier la sécurité et l’efficacité du biomatériau pourrait être lancée dans un délai d’un à deux ans.
Une nouvelle approche pour réparer les lésions cardiaques
Les crises cardiaques restent l’une des urgences médicales les plus graves aux États-Unis, avec une estimation de 785.000 nouveaux cas par an. Selon les données de l’Organisation mondiale de la santé et les statistiques de l’UE, plusieurs millions de personnes meurent également chaque année en Europe de maladies cardiovasculaires dans leur ensemble, et une grande partie d’entre elles sont victimes de crises cardiaques et d’accidents vasculaires cérébraux. Les maladies cardiovasculaires représentent environ un tiers de tous les décès en Europe et sont donc la première cause de mortalité.
Lorsque le flux sanguin vers le cœur est bloqué, le tissu cardiaque peut être endommagé ou mourir. Le corps réagit en formant du tissu cicatriciel, mais cette cicatrice ne se contracte pas comme un muscle cardiaque sain. Avec le temps, cela peut affaiblir le cœur et contribuer à une insuffisance cardiaque. Il n’existe actuellement aucun traitement établi qui répare directement le tissu cardiaque après une crise cardiaque. Le traitement actuel se concentre sur le rétablissement du flux sanguin, la limitation des dommages supplémentaires et la gestion du risque de problèmes cardiaques futurs.
« Les maladies coronariennes, l’infarctus aigu du myocarde et l’insuffisance cardiaque restent les problèmes de santé publique les plus graves qui affectent notre société aujourd’hui », a déclaré le Dr Ryan R. Reeves, médecin au département de médecine cardiovasculaire de l’UC San Diego. « En tant que cardiologue interventionnel qui traite quotidiennement des patients atteints de coronaropathie et d’insuffisance cardiaque, je souhaiterais vivement qu’un traitement supplémentaire soit mis en place pour améliorer les résultats thérapeutiques et soulager les symptômes pénibles ».
De l’hydrogel cardiaque à la perfusion dans la circulation sanguine
Ce travail s’appuie sur des recherches antérieures menées par l’équipe de Christman, qui utilisaient un hydrogel issu de la structure naturelle du tissu du muscle cardiaque, également connu sous le nom de matrice extracellulaire (MEC). Ce gel était conçu pour être introduit directement dans le muscle cardiaque endommagé à l’aide d’un cathéter. Une fois à l’intérieur, il forme une structure de soutien qui favorise la croissance cellulaire et la réparation des tissus. Les résultats d’une étude clinique de phase 1 menée avec succès chez l’homme sur cette approche précédente de l’hydrogel ont été publiés à l’automne 2019. L’étude a montré que l’injection transendocardique de VentriGel, un hydrogel issu de la matrice extracellulaire du cœur, était sûre et réalisable chez les patients ayant subi un infarctus du myocarde et souffrant d’un dysfonctionnement du ventricule gauche, bien que des essais randomisés de plus grande envergure soient nécessaires pour vérifier si elle améliore les résultats.
La méthode d’injection directe présente toutefois une limitation importante. Comme elle nécessite une injection à l’aide d’une aiguille dans le muscle cardiaque, elle ne peut généralement pas être utilisée immédiatement après un infarctus du myocarde. Une administration trop précoce pourrait entraîner le risque de dommages supplémentaires. Ce défi a incité les chercheurs à proposer une autre idée : un biomatériau qui pourrait être perfusé ou administré par perfusion dans un vaisseau sanguin du cœur pendant des interventions telles qu’une angioplastie ou l’implantation d’un stent.
« Nous voulions développer une thérapie par biomatériau qui puisse être administrée à des organes et tissus difficiles d’accès, et nous avons trouvé une méthode qui utilise la circulation sanguine – c’est-à-dire les vaisseaux qui alimentent déjà ces organes et tissus en sang », a déclaré Martin Spang, premier auteur de l’étude, qui a obtenu son doctorat dans le groupe de Christman au Shu Chien-Gene Lay Department of Bioengineering.
Pourquoi l’administration intraveineuse est importante
L’approche basée sur la circulation sanguine confère au biomatériau un grand avantage pratique. Au lieu de rester dans quelques sites d’injection, il peut se répartir plus uniformément dans les tissus endommagés. Cela pourrait le rendre particulièrement précieux après un infarctus du myocarde, lorsque les zones endommagées peuvent être difficiles à atteindre directement et que le temps joue un rôle crucial. L’étude publiée dans Nature Biomedical Engineering a décrit le matériau comme un biomatériau de matrice extracellulaire infusé par voie intravasculaire, fabriqué à partir de myocarde ventriculaire décellularisé, digéré par voie enzymatique et fractionné. Le matériau a été conçu pour s’accumuler dans les tissus endommagés en se liant aux microvaisseaux non étanches et pour se dégrader en grande partie en trois jours environ.
Pour produire la version injectable, les chercheurs du laboratoire de Christman ont commencé par utiliser l’hydrogel qu’ils avaient déjà mis au point et testé pour vérifier sa compatibilité avec les injections de sang. Le problème était la taille des particules. L’hydrogel original contenait des particules trop grosses pour cibler efficacement les vaisseaux sanguins endommagés et non étanches.
Spang a résolu ce problème en préparant le précurseur liquide de l’hydrogel dans une centrifugeuse. L’équipe a ainsi pu séparer les particules plus grosses et ne retenir que les particules de taille nanométrique. Le matériau a ensuite été dialysé, filtré de manière stérile et lyophilisé. Lorsque de l’eau stérile est ajoutée à la poudre finale, on obtient un biomatériau qui peut être administré par voie intraveineuse ou perfusé dans une artère coronaire du cœur.
Comment il détecte les tissus lésés
Lorsque les chercheurs ont testé le biomatériau dans un modèle de rongeur pour les infarctus du myocarde, ils ont supposé qu’il passerait par des vaisseaux sanguins non étanches pour atteindre les tissus endommagés. Après un infarctus du myocarde, des espaces peuvent se former entre les cellules endothéliales qui tapissent l’intérieur des vaisseaux sanguins. Au lieu de cela, l’équipe a observé quelque chose de plus surprenant. Le biomatériau a adhéré à ces cellules endothéliales, contribuant à combler les lacunes et semblant accélérer la guérison des vaisseaux sanguins. Ce processus a permis de réduire l’inflammation, l’une des principales causes de lésions tissulaires après une blessure.
Les chercheurs ont ensuite testé le traitement sur un modèle porcin d’infarctus du myocarde et ont obtenu des résultats similaires. Chez les rats et les porcs ayant subi un infarctus aigu du myocarde induit, suivi d’une perfusion intracoronaire, le biomatériau a été associé à une réduction du volume du ventricule gauche, à une amélioration des valeurs de mouvement de la paroi et à des changements dans l’expression des gènes associés à la réparation des tissus et à l’inflammation.
Potentiel au-delà du cœur
Bien que la majeure partie du travail se soit concentrée sur les lésions dues à l’infarctus du myocarde, les chercheurs ont également testé si le même biomatériau pouvait être appliqué à d’autres tissus enflammés. Dans des modèles de rats, ils ont trouvé la preuve de concept que l’approche pourrait être utile pour les lésions cérébrales traumatiques et l ‘hypertension artérielle pulmonaire. C’est intéressant parce que ces deux maladies touchent des organes difficiles d’accès : Le cerveau est particulièrement protégé par la barrière hémato-encéphalique, tandis que les poumons sont très sensibles aux inflammations et aux changements de pression grâce à leur fin réseau vasculaire. Si un matériau agissait donc de manière ciblée via le système vasculaire, il pourrait agir précisément là où les médicaments classiques n’ont souvent qu’une efficacité limitée.
Ce potentiel plus large est l’un des aspects les plus fascinants du travail. De nombreux organes et tissus sont directement difficiles d’accès, mais sont tous alimentés par des vaisseaux sanguins. C’est précisément là qu’intervient l’idée : Le biomatériau n’utilise pas seulement les vaisseaux comme voie de transport, mais interagit activement avec leur paroi interne, les cellules endothéliales. Ainsi, il ne pourrait pas seulement agir dans un organe, mais pourrait en principe être utilisé dans différents tissus présentant des lésions vasculaires ou une inflammation – par exemple après des accidents vasculaires cérébraux, des pneumonies ou d’autres formes de lésions tissulaires aiguës.
Si un biomatériau peut utiliser ces vaisseaux comme « porte d’entrée », cela ouvre de nouvelles possibilités à la médecine régénérative, car il peut atteindre de manière ciblée les endroits où les dommages se produisent sans nécessiter de grandes interventions chirurgicales. « Alors que la majeure partie du travail de cette étude a porté sur le cœur, les possibilités de traitement d’autres organes et tissus difficiles d’accès peuvent ouvrir le champ des biomatériaux et de l’ingénierie tissulaire pour le traitement de nouvelles maladies », a déclaré Spang.
Ce qui a changé depuis l’étude de 2022
Depuis l’étude initiale, des travaux plus poussés ont examiné comment les biomatériaux basés sur la matrice extracellulaire influencent la régénération après un infarctus du myocarde. Une étude étude publiée en 2025 dans Nature Communications par des chercheurs dirigés par Christman a utilisé la transcriptomique spatiale et le séquençage de l’ARN mononucléaire pour étudier comment les biomatériaux injectables basés sur la matrice extracellulaire influencent le tissu cardiaque après un infarctus du myocarde. L’étude a trouvé des signaux favorisant la réparation dans des modèles de rats, qui comprenaient l’immunomodulation, le développement des vaisseaux sanguins et lymphatiques, l’activation des fibroblastes, le sauvetage du tissu myocardique, la prolifération des cellules musculaires lisses et la neurogenèse.
Bien que ces travaux ultérieurs n’aient pas remplacé la nécessité de tests cliniques du biomatériau intravasculaire, ils ont fourni des informations plus détaillées sur la manière dont cette classe de thérapies à matrice cardiaque extracellulaire peut influencer la guérison au niveau cellulaire et régional dans les cœurs endommagés. Ventrix Bio, Inc, la start-up cofondée par Christman, a également fait progresser le développement de la technologie de matrice extracellulaire cardiaque correspondante. Une entrée sur ClinicalTrials.gov concernant VentriGel décrit une étude ouverte de phase 1 financée par l’université Emory chez des enfants atteints du syndrome du cœur gauche hypoplasique afin d’évaluer la sécurité et la faisabilité de l’injection intramyocardique du matériau de matrice extracellulaire de Ventrix Bio. Au moment de l’accès, aucun participant n’a encore été recruté pour cette étude.
Prochaines étapes des tests sur l’homme
Christman et Ventrix Bio prévoient de demander l’approbation de la FDA afin d’étudier le nouveau biomatériau intravasculaire sur les maladies cardiaques chez l’homme. Si l’autorisation de procéder à des essais cliniques est accordée, le traitement devra prouver qu’il est sûr, pratique à utiliser et suffisamment efficace pour améliorer les résultats thérapeutiques des patients. Actuellement, le traitement en est encore au stade expérimental. Mais son attrait est évident : au lieu de nécessiter des injections directes dans le muscle cardiaque, il pourrait potentiellement être administré via des procédures existantes basées sur les vaisseaux sanguins ou par voie intraveineuse et atteindre les tissus endommagés de l’intérieur. « L’une des principales raisons pour lesquelles nous traitons les maladies coronariennes graves et les crises cardiaques est de prévenir le dysfonctionnement du ventricule gauche et sa progression vers l’insuffisance cardiaque », a déclaré le Dr Reeves. « Ce traitement facile à administrer a le potentiel de jouer un rôle important dans notre approche thérapeutique ».