Une équipe de chercheurs de l’université de Harvard et de l’université Emory, a mis au point un « poisson biohybride entièrement autonome », fabriqué « à partir de cellules musculaires cardiaques dérivées de cellules souches humaines ». Ce poisson artificiel nage « en recréant les contractions musculaires d’un cœur qui pompe ». Ce qui rapproche les chercheurs du développement d’une pompe artificielle plus complexe et fournit une plateforme pour étudier les maladies cardiaques comme l’arythmie. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Science [1].
Un dispositif inspiré du poisson-zèbre
« Notre objectif ultime est de construire un cœur artificiel pour remplacer un cœur malformé chez un enfant », a déclaré Kit Parker, auteur de l’article. « La plupart des travaux de fabrication de tissus cardiaques ou de cœurs, y compris certains de nos travaux, se concentrent sur la reproduction des caractéristiques anatomiques ou sur la reproduction des simples battements du cœur dans les tissus fabriqués, détaille-t-il. Mais ici, nous nous inspirons de la biophysique du cœur pour la conception. »
Le dispositif autonome fabriqué à partir de cardiomyocytes « a été inspiré par la forme et le mouvement de nage d’un poisson-zèbre ». Le poisson-zèbre biohybride possède deux couches de cellules musculaires, une de chaque côté de la nageoire caudale. Lorsqu’un côté se contracte, l’autre s’étire. « Cet étirement déclenche l’ouverture d’un canal protéique mécanosensible, qui provoque une contraction, laquelle déclenche un étirement, et ainsi de suite, jusqu’à créer un système en boucle fermée qui peut propulser le poisson pendant plus de 100 jours. » Les chercheurs ont ajouté « un nœud de stimulation, autonome lui aussi, capable d’autoréguler le rythme de la nage ». Une « sorte de pacemaker composé de tissu biologique », qui « évite tout emballement ».
Un dispositif qui s’améliore avec le temps
Ce poisson biohybride s’améliore avec le temps. « Son amplitude de contraction musculaire, sa vitesse de nage maximale et sa coordination musculaire ont toutes augmenté au cours du premier mois, à mesure que les cellules cardiomyocytaires arrivaient à maturité », expliquent les chercheurs. Et « finalement, le poisson biohybride a atteint une vitesse et une efficacité de nage similaires à celles du poisson-zèbre sauvage ».
Des dizaines de ces poissons ont évolué dans l’aquarium du laboratoire. « Le plus résistant a tenu cent huit jours (38 millions de battements), soit pas loin de la durée de vie d’un poisson-zèbre. »
Désormais, l’équipe a pour objectif de construire des dispositifs biohybrides « encore plus complexes », à partir de cellules cardiaques humaines.
[1] An autonomously swimming biohybrid fish designed with human cardiac biophysics, Science (2022). DOI: 10.1126/science.abh0474.
Sources : Le Monde, Nathaniel Herzberg (13/02/2022) ; TechXplore, Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (10/02/2022)
