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NanoSTARS imaging for STEM cell therapy for arthritic joints

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Un nouveau système d’imagerie permet d’optimiser le traitement par cellules souches de l’arthrite

Les cellules souches constituent une voie thérapeutique prometteuse pour l’arthrose, cependant les techniques d’imagerie actuelles ne permettent pas d’évaluer l’efficacité du traitement. Un projet financé par l’UE a développé une nouvelle technique capable d’imager les cellules souches à des niveaux cliniquement appropriés.

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L’arthrite est une affection invalidante et la maladie la plus répandue dans le monde. L’arthrose, causée par l’usure progressive du cartilage des articulations au fil du temps, touche environ 10 % de la population mondiale. L’Europe compte à elle seule environ 70 millions de patients. Et pourtant, il n’existe toujours aucun remède efficace. La plupart des traitements tendent à atténuer les symptômes sans restaurer la forme ou la fonction articulaire. Les cellules souches constituent une voie thérapeutique prometteuse, car elles offrent une possibilité unique de régénérer le cartilage lésé. Cette thérapie est toutefois limitée par l’incapacité de déterminer la réussite de la greffe en temps réel à l’aide des techniques d’imagerie conventionnelles. «La promesse des traitements à base de cellules souches est limitée par le manque de connaissances sur la destination des cellules et leur action chez l’homme», explique Martin Leahy, titulaire de la chaire de physique appliquée à l’université de Galway.

Restrictions des technologies actuelles

Les technologies d’imagerie actuelles ne peuvent pas détecter des éléments plus petits que 1/200 de la profondeur du tissu, et le contraste intrinsèque des cellules souches est faible, ce qui complique leur observation. «Cela limite les progrès concernant leurs propriétés de guérison et leur sécurité», explique Martin Leahy. Martin Leahy a coordonné le projet STARSTEM, financé par l’UE, qui a proposé une nouvelle technique d’imagerie innovante capable de capturer les cellules souches humaines à des niveaux cliniquement appropriés. STARSTEM a inauguré l’utilisation de nano-étoiles d’or, qui absorbent dix fois plus de lumière que les colorants conventionnels et permettent de localiser les cellules souches. «Nous avons pu observer, pendant plusieurs mois après l’injection, les cellules souches mésenchymateuses (CSM) et les vésicules extracellulaires (VE) en profondeur dans des genoux de mouton, le meilleur modèle de l’arthrose humaine du genou», explique Martin Leahy. Les CSM sont des cellules isolées à partir d’un mélange comprenant de la moelle osseuse, et les VE sont de minuscules vésicules présentes dans les CSM.

L’imagerie avec les nanotechnologies

STARSTEM avait pour ambition d’exploiter et d’améliorer les propriétés offertes par l’imagerie photoacoustique, un système non invasif qui fait appel à des lasers pour construire des images de tissus — et d’autres substances — sous la peau. Les nanomatériaux possèdent diverses propriétés qui leur permettent d’améliorer ce type de système d’imagerie. Les chercheurs de STARSTEM ont internalisé des nano-étoiles d’or dans des cellules souches, ce qui renforce le contraste et améliore l’imagerie des tissus profonds. «Les nano-étoiles de STARSTEM ont été optimisées pour fournir le plus grand dépôt d’énergie et donc le plus grand contraste photoacoustique de toutes les particules», explique Martin Leahy. «L’énergie déposée dans les nano-étoiles fait vibrer les cellules et les tissus environnants plus que toute autre particule, de sorte qu’ils deviennent plus facilement visibles avec le système photoacoustique», ajoute-t-il. L’équipe a optimisé chaque étape du processus d’imagerie, ce qui lui a permis de détecter le plus petit nombre de CSM et de VE à des profondeurs cliniquement appropriées. Grâce à une série d’essais, elle a pu trouver la taille et la forme optimales des nanoparticules d’or afin d’améliorer le contraste de l’imagerie. Ces avancées ont permis à l’équipe de maximiser l’absorption des cellules souches tout en garantissant l’absence d’effets toxiques.

Une avancée vers la médecine régénératrice

Ces avancées pourraient aider les scientifiques à mieux comprendre le fonctionnement des cellules souches et faciliter le passage de la médecine préventive à la médecine régénérative. Cette branche de la médecine a pour objectif de créer des procédés permettant de réparer ou de remplacer les cellules perdues. Tant les CSM que les VE sont susceptibles de déclencher la cicatrisation et de favoriser la réparation des tissus dans l’organisme. L’équipe de STARSTEM souhaite à présent tester ses nano-étoiles d’or dans le cadre d’essais cliniques.

Mots‑clés

STARSTEM, cellules souches, arthrite, médecine régénérative, nanotechnologie, nanomatériaux, or, vésicules, nanoparticules

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