Les puces musculaires de Stanford montrent l’influence de l’apesanteur sur la régénération musculaire

Un léger grondement retentit sous les pieds de Ngan Huang tandis qu’une fusée transportant ses recherches – des cellules musculaires humaines vivantes cultivées sur des échafaudages montés sur de minuscules puces – décollait, montait et disparaissait dans le ciel en direction du Laboratoire national de la Station spatiale internationale. Ces puces aideraient Huang à mieux comprendre les déficiences musculaires courantes chez les astronautes et les personnes âgées et à tester des médicaments pour cette maladie.

Maintenant, les résultats sont de retour. Rapport dans une étude publiée le 25 juillet Rapports sur les cellules souchesL’équipe de Huang a montré que les muscles voyageant dans l’espace présentaient des changements métaboliques indiquant une régénération musculaire altérée et une activité génétique associée à une perte musculaire liée à l’âge appelée sarcopénie. Cependant, le traitement médicamenteux a partiellement évité les effets négatifs de l’apesanteur.

L’espace est un environnement véritablement unique qui accélère les qualités associées au vieillissement et altère également de nombreux processus sains. Les astronautes reviennent avec une fonte musculaire ou une réduction de la fonction musculaire parce que le muscle n’est pas activement utilisé en l’absence de gravité. À mesure que les voyages spatiaux deviennent plus courants et accessibles aux civils, il est important de comprendre ce qui arrive à nos muscles en apesanteur.

Huang (@NganHuang), professeur agrégé à l’Université de Stanford

Pour comprendre les effets de la microgravité sur les muscles, les chercheurs ont envoyé des puces musculaires – des paquets de cellules musculaires alignées sur des biomatériaux à motifs qui imitent la structure de vrais muscles – dans l’espace pour se développer pendant sept jours sous la surveillance d’astronautes.

Lorsque les chercheurs ont comparé les cellules musculaires cultivées en microgravité avec celles présentes sur Terre, ils ont constaté une formation altérée des fibres musculaires. Ils ont également découvert des différences dans leur activité génétique et leur profil protéique. Les gènes liés à la fonction mitochondriale, à partir de laquelle les muscles tirent leur énergie, ont été altérés et les gènes liés à la formation de graisse ont été stimulés. Ces résultats suggèrent que la microgravité peut entraîner des perturbations dans la régénération musculaire.

Les muscles des vols spatiaux ont également une activité génétique qui rappelle quelque peu celle des muscles atteints de sarcopénie, qui touche le plus souvent les personnes âgées de 60 ans et plus.

“Nous pensons que nos recherches sur les éclats musculaires en microgravité pourraient avoir des implications plus larges sur la sarcopénie”, explique Huang. “Il faut généralement des décennies pour que la sarcopénie se développe sur Terre, et nous pensons que la microgravité a la capacité d’accélérer le processus pathologique de l’ordre de quelques jours.”

Dans une expérience de validation de principe visant à tester la puce musculaire pour le dépistage de médicaments, les astronautes ont enrichi les puces de médicaments pour traiter la sarcopénie ou améliorer la régénération musculaire. Le traitement a partiellement atténué certains des effets négatifs de l’apesanteur sur les muscles et a empêché un changement métabolique vers la formation de graisse. En examinant les schémas d’activité des gènes, les muscles traités en microgravité ressemblent davantage aux échantillons provenant de la Terre qu’aux échantillons non traités en microgravité.

L’exploration spatiale nécessitant beaucoup de main-d’œuvre et de ressources, l’étude actuelle est une expérience ponctuelle et un nombre limité d’échantillons ont été autorisés à bord de la fusée. Les scientifiques utilisent désormais des appareils simulant la microgravité pour surmonter certaines de ces limitations et soutenir leurs recherches dans l’espace. Les puces musculaires de Huang devraient entreprendre un autre voyage spatial en 2025 pour poursuivre la recherche sur l’identification de médicaments destinés à traiter la régénération musculaire altérée causée par la microgravité.

“Ce concept de plate-forme de puces tissulaires en microgravité est un outil potentiellement transformateur qui pourrait nous permettre d’étudier diverses maladies et de procéder au dépistage de médicaments sans sujets animaux ou humains”, explique Huang.

Ce travail a été soutenu par les National Institutes of Health des États-Unis, le Département américain des Anciens Combattants, la National Science Foundation, le Center for the Advancement of Science in Space, l’American Heart Association et le Département américain des Anciens Combattants.