Les scientifiques filment le cœur qui se forme en 3e plus tôt que jamais auparavant

Les chercheurs de l’UCL et du Francis Crick Institute ont, pour la première fois, identifié l’origine des cellules cardiaques en utilisant des images 3D d’un cœur se formant en temps réel, à l’intérieur d’un embryon de souris vivant.

Pour l’étude, publiée dans Le journal EMBO, L’équipe a utilisé une technique appelée microscopie avancée à feuilles légères sur un modèle de souris spécialement conçu. Il s’agit d’une méthode où une fine feuille de lumière est utilisée pour éclairer et prendre des images détaillées d’échantillons minuscules, créant des images 3D claires sans endommager les tissus vivants.

Ce faisant, ils ont pu suivre les cellules individuelles au fur et à mesure qu’ils se déplaçaient et divisaient sur deux jours – d’un stade de développement critique connu sous le nom de gastrulation jusqu’au point où le cœur primitif commence à prendre forme. Cela a permis aux chercheurs d’identifier les origines cellulaires du cœur.

La gastrulation est le processus par lequel les cellules commencent à se spécialiser et à s’organiser dans les structures primaires du corps, y compris le cœur. Chez l’homme, cela se produit au cours de la deuxième semaine de grossesse.

Les résultats de l’étude pourraient révolutionner la façon dont les scientifiques comprennent et traitent les malformations cardiaques congénitales, selon les chercheurs.

L’auteur principal, le Dr Kenzo Ivanovitch (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health and British Heart Foundation Intermediate Research Fellow) a déclaré: “C’est la première fois que nous avons pu regarder les cellules cardiaques aussi étroitement, pendant cette longue période pendant les longues périodes, de quelques heures à quelques jours, et ce que nous avions constaté était totalement inattendu dans un plat.”

À l’aide de marqueurs fluorescents, l’équipe a marqué les cellules musculaires cardiaques (appelées cardiomyocytes), ce qui les a fait briller dans des couleurs distinctes. Combinée à une microscopie à feuilles légères, cette innovation a permis aux chercheurs de créer une vidéo détaillée en accéléré.

Les instantanés ont été capturés toutes les deux minutes sur 40 heures, produisant des images avec une résolution spatiale sans précédent.

Les images résultantes ont montré comment les cellules se déplacent, divisent et forment les premières parties d’un embryon, comme le cœur. Chaque cardiomyocyte brillant pourrait ensuite être retrouvé dans des cellules antérieures, permettant aux scientifiques de créer un arbre généalogique des cellules. Cela les a aidés à voir exactement quand et où les premières cellules qui font apparaître le cœur dans l’embryon.

Aux premiers stades, les cellules embryonnaires étaient multipotentes (capables de devenir différents types de cellules). Ceux-ci comprenaient non seulement les cellules cardiaques mais aussi d’autres telles que les cellules endocardiques, un type de cellule qui tapisse les surfaces intérieures des vaisseaux sanguins et des chambres cardiaques.

Cependant, les chercheurs ont constaté que tôt pendant la gastrulation (généralement dans les quatre à cinq premières heures, après la première division cellulaire), les cellules contribuant uniquement au cœur émergent rapidement et se comportent de manière très organisée.

Plutôt que de se déplacer au hasard, ils suivent des chemins distincts – presque comme s’ils savaient déjà où ils vont et quel rôle ils joueront, qu’ils contribuent aux ventricules (les chambres de pompage du cœur) ou les oreillettes (où le sang pénètre dans le cœur du corps et des poumons).

Le Dr Ivanovitch a déclaré: “Nos résultats démontrent que la détermination du destin cardiaque et le mouvement des cellules directionnelles peuvent être régulés beaucoup plus tôt dans l’embryon que les modèles actuels ne le suggèrent.

“Cela change fondamentalement notre compréhension du développement cardiaque en montrant que ce qui semble être la migration des cellules chaotiques est en fait régi par des modèles cachés qui assurent une bonne formation cardiaque.”

Auteur principal, Ph.D. Le candidat Shayma Abukar (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health et UCL Institute for Cardiovascular Science) a déclaré: “Nous travaillons maintenant à comprendre les signaux qui coordonnent cette chorégraphie complexe des mouvements cellulaires au début du développement cardiaque.

“Le cœur ne vient pas d’un seul groupe de cellules, il se forme à partir d’une coalition de groupes cellulaires distincts qui apparaissent à différents moments et lieux pendant la gastrulation.”

Les idées de l’étude pourraient révolutionner la façon dont les scientifiques comprennent et traitent les malformations cardiaques congénitales, qui affectent près d’un bébé sur 100. Les résultats pourraient également accélérer les progrès dans la croissance des tissus cardiaques en laboratoire pour une utilisation en médecine régénérative.

Le Dr Ivanovitch a déclaré: “À l’avenir, nous espérons que ce travail aidera à découvrir de nouveaux mécanismes de formation d’organes.