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UNE EQUIPE DE L’EMPA A RÉUSSI A DÉVELOPPER UN NOUVEAU MODÈLE CELLULAIRE 3D DE LA BARRIÈRE PLACENTAIRE HUMAINE. CET « ORGANE MODÈLE » FOURNIT RAPIDEMENT ET DE FAÇON FIABLE DE NOUVELLES PERSPECTIVES POUR L’ABSORPTION DE SUBSTANCES TELLES QUE LES NANOPARTICULES A TRAVERS LA BARRIÈRE PLACENTAIRE ET ÉVENTUELS EFFETS TOXIQUES SUR L’ENFANT A NAÎTRE. CETTE CONNAISSANCE PEUT ETRE UTILISÉE A L’AVENIR POUR DÉVELOPPER DE NOUVELLES APPROCHES THÉRAPEUTIQUES CIBLÉES PENDANT LA GROSSESSE.
Le fœtus en développement est très sensible aux substances toxiques. Même les plus petites doses peuvent causer des dommages graves. Protéger l’enfant à naître, est une des tâches du placenta, barrière naturelle qui « filtre les toxines », mais qui fournit le fœtus en même temps avec les éléments nutritifs nécessaires. Cependant, au cours des dernières années, il existe de plus en plus de preuves que la barrière placentaire n’est pas à 100 % étanche et que certaines nanoparticules peuvent la traverser.
Les nanoparticules sont présentes dans de plus en plus d’applications de la vie courante. Dans la crème solaire, elles nous protègent contre les coups de soleil. Dans la nourriture, elles assurent que l’agglutination des assaisonnements. Dans le textile, elles rendent impreméables les vêtements. Dans le futur, elles transporteront les médicaments au bon endroit dans le corps. « Les femmes enceintes ne sont pas encore exposées à des quantités de nanoparticules problématiques mais cela pourrait changer avec leur utilisation croissante », explique Tina Bürki du département Particles-Biology Interactions.
Afin d’envisager un développement sécurisé des nanoparticules dans d’autres domaines d’application, il faut conduire des recherches approfondies sur les mécanismes d’absorption des nanoparticules par la barrière placentaire et son impact sur la mère, le fœtus et le placenta. La taille, la charge, la composition chimique et la forme des nanoparticules pourraient avoir par exemple une influence si elles sont capables de pénétrer la barrière placentaire. Actuellement, cette recherche est encore à ses débuts. Comme la fonction et la structure du placenta humain. Les études chez des mammifères enceintes sont problématiques et peu pertinentes… Les modèles conventionnels de la barrière placentaire humaine sont soit très chronophages ou trop simplifiés.
Pour ces tests, on préfère utiliser des placentas mis à disposition obtenus lors de la naissance de l’enfant par césarienne. Il est rapidement connecté à une installation de perfusion qui alimente à nouveau le tissu avec des nutriments et de l’oxygène. Bien que ce modèle soit le plus précis, à savoir cliniquement pertinent, il est techniquement très exigeant et limité dans le temps à six à huit heures de durée de perfusion. En outre, bien que l’on puisse faire des tests corrects avec un placenta et observer des nanoparticules traversant la barrière placentaire, le chemin emprunté pourra être difficilement observé dans cet organe complexe.
Par conséquent, les chercheurs aiment utiliser des cultures de cellules simples et d’autres systèmes modèles. Un seul type de cellule, telle qu’une cellule épithéliale, cultivée dans une boîte de Petri sera très bien adapté à des expérimentations variées. Cependant, les chercheurs ne peuvent pas être sûrs que les cellules dans la boîte de Pétri se comportent exactement comme dans le corps humain. En revanche, le nouveau modèle en trois dimensions, présenté par une équipe de l’Empa, dirigée par Tina Bürki à la fin de l’année 2016 dans la revue Nanoscale, se compose de plusieurs types de cellules. Les cellules se trouvent ici dans un environnement semblable à celui du tissu similaire au placenta et permettent des expériences sur un horizon plus long.
Les chercheurs ont utilisé la technologie « Hanging Drop », développée par InSphero AG. Cela permet de créer des modèles sans « cadre » qui pourrait gêner le libre accès des nanoparticules aux cellules dans des expériences de transport ultérieures. Les cellules ne sont pas placées dans une boîte de Petri plate, mais dans un appareil spécifique, où les cellules s’auto-assemblent dans des gouttes suspendues en micro-tissus sphériques. Les micro-tissus en résultant se comportent plus comme le placenta humain que les cellules en culture sur une plaque de culture rigide. Les expériences peuvent être effectuées beaucoup plus rapidement que sur le placenta naturel, ce qui est important pour examiner la diversité des nanoparticules sur ce modèle 3D. Les nanoparticules montrant les effets toxiques potentiels ou le comportement de transport souhaité peuvent être pré-sélectionnés de manière efficace et les résultats sont ensuite contrôlés sur un placenta naturel.
Dans une deuxième étude, publiée récemment dans la revue Nanomédecine le modèle avait déjà fait ses preuves. L’équipe de Bürki a testé ici les mécanismes d’absorption de particules d’or qui peuvent convenir à diverses applications médicales. L’équipe de l’Empa a étudié des particules d’or de différentes tailles et différentes modifications de surface. Conformément aux études précédentes, les chercheurs ont découvert que des particules d’or plus petites pénètrent la barrière placentaire plus facilement. En outre, moins de particules ont pénétré la barrière si elles ont été chargées de polyéthylène glycol (PEG) sur la surface. Ce sont des molécules à chaîne qui enrobent les particules presque complètement. En médecine, le PEG est souvent utilisé pour faire voyager des particules et d’autres structures plus petites dans le corps, « incognito », de sorte qu’ils ne sont pas reconnus par le système immunitaire et dégradés. « Il semble être possible de diriger le transport de nanoparticules à travers le placenta via leurs propriétés », nous explique Tina Bürki.
À l’avenir, les chercheurs de l’Empa souhaitent affiner encore ce modèle. Ils souhaitent lui ajouter une composante dynamique : pour ce faire, ils veulent introduire les micro-tissus, par exemple dans un système microfluidique, à savoir un système qui imite la circulation sanguine de la mère et de l’enfant dans le corps. Une autre approche serait de combiner le modèle du placenta avec d’autres modèles. « Par exemple, avec le modèle d’un fœtus », rajoute Tina Bürki. On pourrait aussi impliquer des interactions complexes d’organes et de découvrir, par exemple, si le placenta libère des substances en réponse à certaines nanoparticules qui nuisent au fœtus.
« Nous voulons offrir à cette recherche la base d’une nanomédecine douce, mais néanmoins efficace pendant la grossesse », dit Bürki. Si on connaît les mécanismes de transport de nanomatériaux à travers la barrière placentaire avec précision, on espère développer des nouveaux systèmes de vecteur pour les médicaments aussi pour les femmes enceintes. Car pendant la grossesse, de nombreuses femmes doivent prendre des médicaments, tels que les patientes atteintes d’épilepsie ou de diabète, mais aussi lors d’une infection grave. On devrait alors choisir des nano-transporteurs qui ne peuvent pas pénétrer la barrière placentaire. De plus, on pourrait, par exemple, les doter d’« étiquettes d’adresse », connues sous le nom de molécules-cibles qui assurent que les médicaments sont transportés au bon endroit – dans l’organe malade – et ne pénètrent pas le placenta. Ainsi, le médicament serait alors libéré principalement dans la mère. La dose qui atteindrait le fœtus ou l’embryon, et par conséquent le risque pour l’enfant à naître, pourrait être considérablement réduite.
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Fichiers attachés
Empa’s multicellular model, which is mimicking the placental barrier: a core of connective tissue cells, surrounded by trophoblast cells.
http://www.alphagalileo.org/ViewItem.aspx?ItemId=177932&CultureCode=fr
Source : communiqué de presse de l’Empa (Institut interdisciplinaire de recherche pour les sciences des matériaux et le développement de technologies du Domaine des EPF) – (7/08/2017)
https://www.empa.ch/web/s604/placental-barrier
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