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Unraveling the mechanobiology of tissue growth in native and tissue-engineered heart valves

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Évaluer le potentiel de croissance des valves cardiaques issues de l’ingénierie tissulaire

Le projet G-Valve a adopté des approches informatique et biologique afin d’identifier les conditions de croissance optimales des valves cardiaques artificielles issues de l’ingénierie tissulaire (TEHV).

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Les valves cardiaques artificielles, comme les valves mécaniques et les valves tissulaires, sont généralement utilisées chez les patients atteints d’un dysfonctionnement des valves cardiaques. Ces solutions comportent des avantages et des inconvénients. La viabilité des valves tissulaires actuelles est limitée, car elles ne sont pas composées de tissu vivant qui peut s’adapter et se réparer. Bien qu’en principe les valves mécaniques puissent fonctionner longtemps, elles nécessitent un traitement anticoagulant à vie et ne peuvent pas s’adapter aux changements survenant dans l’environnement du corps ou aux exigences de ce dernier. Cet inconvénient limite le recours aux remplacements de valves chez les patients pédiatriques, qui ont besoin de plusieurs opérations pour suivre la croissance somatique. Les TEHV peuvent s’étendre et se remodeler, mais leur utilisation chez les patients, en particulier chez les enfants, est freinée par le manque de connaissances sur la croissance et le remodelage des tissus cardiaques. Cette lacune a été démontrée lors de nombreuses études précliniques où les TEHV perdaient leur fonctionnalité au fil du temps en raison d’un remodelage tissulaire négatif. Les objectifs du projet G-Valve consistaient à comprendre les mécanismes de la croissance et du remodelage dans les valves cardiaques humaines, et à utiliser ces informations pour prédire le potentiel de croissance des TEHV. Les mécanismes mécanobiologiques (processus biologiques stimulés par des facteurs mécaniques) associés à l’adaptation des valves ont été examinés en intégrant la mécanique avancée des milieux continus et la biologie cellulaire. Cet examen a permis de mettre au point des modèles prédictifs de la croissance des valves. Modeler l’adaptation cardiovasculaire «Pour mener notre examen relatif à l’adaptation des valves cardiaques naturelles, nous disposions d’un accès à un ensemble de données expérimentales véritablement uniques, contenant les propriétés géométriques et matérielles de valves cardiaques aortiques et pulmonaires humaines de différents âges», déclare la Dre Sandra Loerakker, coordinatrice du projet G-Valve. En recourant à l’analyse informatique impliquant des modèles mathématiques et des simulations informatiques, partiellement en collaboration avec la professeure Ellen Kuhl de l’Université de Stanford, il a été découvert que toutes ces valves semblaient soumises à un degré similaire d’étirement mécanique dans des conditions de charge hémodynamique propres à l’âge et à la situation géographique. Il est important de noter que ce résultat suggérait que les valves cardiaques naturelles humaines s’adaptent pour maintenir un certain état d’étirement tout au long de la vie, qui sert de paramètre mécanique homéostatique. Le projet G-Valve a continué à développer un modèle informatique de la voie de signalisation Notch, qui joue un rôle essentiel dans le développement et l’adaptation cardiovasculaires. «L’élaboration de ce modèle informatique était plus difficile que prévu et nécessitait bien plus de temps que nous n’avions envisagé», ajoute la Dre Loerakker. En utilisant des données expérimentales qui démontraient la sensibilité des protéines Notch aux signaux mécaniques (mécanosensibilité), le modèle a prédit que l’homéostasie tissulaire pouvait apparaître ou disparaître soudainement lors de certains changements survenant dans la géométrie du tissu. Cette découverte a permis d’expliquer pourquoi et comment les tissus cardiovasculaires peuvent commencer ou arrêter de croître selon la communication intercellulaire mécanosensible. Les résultats de cette étude ont été publiés dans la revue «Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America» (PNAS). Les TEHV dotés d’une croissance et d’une fonctionnalité à long terme: l’avenir Le projet G-Valve a généré des données informatiques relatives aux processus de signalisation intercellulaire mécanosensible présents dans le développement et l’adaptation des tissus. Ces avancées ont fourni un point de départ à un tout nouvel axe de recherche. L’équipe de recherche est convaincue que ces résultats favoriseront la conception rationnelle de tissus cardiovasculaires issus de l’ingénierie qui peuvent se développer et se remodeler conformément aux exigences du patient. Ce produit pourra alors stimuler l’excellence et la compétitivité de l’Europe dans les domaines de la biomécanique et de l’ingénierie tissulaire, et entraînera l’utilisation à long terme de tissus cardiovasculaires issus de l’ingénierie en général et de TEHV en particulier.

Mots‑clés

G-Valve, valves cardiaques, valves cardiaques issues de l’ingénierie génie tissulaire (TEHV), tissus cardiovasculaires, croissance et remodelage, modèle informatique, ingénierie tissulaire, étirement mécanique

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