Dr. Joseph Woo aime la photosynthèse. Et pour cause: les plantes ne sont peut-être pas aussi mignonnes que les pandas, mais c'est grâce à leur alchimie chimique que nous tous ici sur Terre vivons et respirons. Du phytoplancton microscopique aux séquoias géants, ces super-héros nous gardent en vie en absorbant le dioxyde de carbone et la lumière du soleil, puis en produisant miraculeusement de l'oxygène et du sucre.
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Mais il y a une autre raison pour laquelle le Dr Woo aime la photosynthèse. Lorsque vous avez une crise cardiaque, votre cœur a immédiatement besoin de deux choses pour commencer à réparer ses tissus endommagés: l'oxygène et le sucre. Maintenant, le Dr Woo, professeur et chirurgien cardiaque à l'Université Stanford, pense avoir trouvé le moyen d'utiliser certains de nos plus petits amis photosynthétiques pour aider notre cœur à se guérir.
Dans une étude publiée cette semaine dans Science Advances, le Dr Woo et son équipe montrent comment ils ont réussi à remplacer le sang par des cyanobactéries microscopiques, des organismes ressemblant à des plantes qui utilisent également la photosynthèse. En cooptant le processus pour aider à guérir les tissus cardiaques endommagés, l'équipe a été en mesure de protéger les rats d'une insuffisance cardiaque mortelle. Réparer un cœur malade, semble-t-il, peut être aussi simple que de faire la lumière sur la situation.
Les crises cardiaques frappent 735 000 Américains chaque année et les maladies cardiaques sont la première cause de mortalité dans le monde. Une crise cardiaque survient lorsque quelque chose bloque la circulation sanguine vers le cœur, empêchant ainsi l'oxygène d'atteindre ce muscle crucial. Pour les cardiologues, le défi pour prévenir une insuffisance cardiaque ultérieure est d’alimenter rapidement les tissus cardiaques endommagés en oxygène et en nutriments. Mais «si vous regardez la nature, la photosynthèse répond à cette question», déclare le Dr Jeffrey Cohen, chercheur postdoctoral à Stanford Medicine et auteur principal de l'étude.
Si un cœur endommagé était photosynthétique, explique le Dr Cohen, il n'aurait pas besoin de compter sur le sang pour réapprovisionner en oxygène et en sucre les tissus. Il suffisait du soleil. «Vous permettriez à la lumière de devenir votre source de carburant, au lieu de votre sang», explique le Dr Cohen. Hélas, le coeur n'est pas une plante. Les chercheurs ont donc essayé la meilleure solution: l'injecter avec des bactéries ressemblant à des plantes.
Le Dr Woo et son équipe ont commencé par essayer des plantes connues et actuelles: «Nous réduisons en poudre le chou frisé et les épinards», dit-il. Ils essayaient de séparer les chloroplastes, les organites photosynthétiques de chaque cellule végétale, mais ils ont constaté qu’une fois isolés, ils devenaient rapidement inactifs. Les chercheurs avaient plutôt besoin de machines photosynthétiques autonomes pouvant fonctionner comme des serres miniatures pour le cœur.
Entrez les cyanobactéries. Ces micro-organismes gagnent leur vie en absorbant le dioxyde de carbone et l’eau et en libérant de l’oxygène. Dans l'océan, ils sont à la base de la chaîne alimentaire, produisant l'oxygène et le sucre rapidement exploités par d'autres organismes affamés. «Ils constituent une bouée de sauvetage pour tout le reste», explique Adam Martiny, professeur d'écologie et de biologie de l'évolution à l'Université de Californie à Irvine, qui étudie un type commun de cyanobactéries appelé Synechococcus.
Avec l'aide des microbiologistes de Stanford, le Dr Woo et son équipe ont développé une souche de Synechococcus dans leur laboratoire et l'ont injecté dans le tissu cardiaque altéré d'un rat vivant. Ensuite, ils ont allumé les lumières. Au bout de 20 minutes, ils ont constaté une augmentation du métabolisme dans les zones endommagées. La performance cardiaque globale s'est améliorée après environ 45 minutes. Les preuves suggèrent que l'oxygène et le sucre que Synechococcus avait créés par la photosynthèse amélioraient la réparation des tissus.
Après avoir injecté des bactéries vivantes dans un organe du corps, vous pouvez vous attendre à une infection. Mais curieusement, les chercheurs n’ont trouvé aucune réponse immunitaire après une semaine de surveillance. «Les insectes ne sont tout simplement plus là, ils disparaissent», explique le Dr Woo. «Et c’est peut-être la meilleure sorte de bactérie», une aide amicale qui reste dans les parages pour limiter les dégâts, puis disparaît sans laisser de trace.
Le temps et la complexité de cette procédure constituent un problème potentiel pour rendre cette procédure viable, note le Dr Morteza Naghavi, président exécutif de la Society for Heart Prevention and Eradication à Houston (Texas), qui n'a pas participé à l'étude. Traiter les crises cardiaques est une course contre la montre, et au moment où les patients sont transférés dans un établissement spécial équipé pour injecter des cyanobactéries au cœur, il est peut-être trop tard. «Cela nécessite d’énormes investissements en investissement et en technologie», déclare le Dr Naghavi.
Cependant, le fait que les chercheurs aient encore des coeurs plus sains chez les rats traités au bout d'un mois pourrait être un résultat prometteur. «Si tout se passe comme le souhaitent les chercheurs, ce serait une thérapie formidable pour les personnes qui ont eu une [crise cardiaque]», explique le Dr Naghavi. "C'est une idée sauvage", mais cela pourrait marcher.
Le Dr Woo et son équipe pensent que Synechococcus équilibre une équation chimique inversée par une crise cardiaque. Utiliser la lumière comme carburant pour l'alimentation est peut-être un nouveau concept pour un cœur humain, mais c'est un vieil homme pour les cyanobactéries dans leurs habitats naturels.
Martiny, le microbiologiste spécialiste de l'environnement chez Irvine, a été impressionné par l'ingéniosité des cardiologues. Cependant , l'idée de la gravité des cyanobactéries dans la vie n'est pas nouvelle. Les microbiologistes de l'environnement étudient les cyanobactéries telles que Synechococcus, précisément parce qu'elles exercent une influence profonde sur l'environnement mondial. «C'est très littéral dans ce cas-ci», dit-il de l'étude, «mais c'est aussi très littéral dans l'océan, considérant que la moitié de l'oxygène que nous respirons provient du phytoplancton».
"C'était fascinant de pouvoir utiliser un organisme aussi minuscule pour nettoyer les déchets d'un système", ajoute-t-il, évoquant la façon dont les cyanobactéries de l'étude absorbaient l'accumulation de dioxyde de carbone et l'utilisaient pour la photosynthèse, comme dans la nature. "Ils fournissent de l'oxygène là-bas comme ils le font dans l'océan pour que nous puissions vivre."
La récente étude n’est qu’une preuve de concept, mais les scientifiques sont maintenant sur le chemin de l’essai de la technique chez l’être humain. Ensuite, ils vont l'essayer dans des modèles animaux plus grands, plus proches de l'homme, et ils travaillent sur des moyens de délivrer et de faire la lumière sur les cyanobactéries sans chirurgie à cœur ouvert. Ils envisagent même de modifier génétiquement Synechococcus pour que les bestioles libèrent plus de sucre.
Pour de nombreux cardiologues, la racine du problème ne réside pas dans la gestion des crises cardiaques après leur survenue, mais dans leur prévention en premier lieu. «Traiter les patients après une crise cardiaque, c'est comme essayer de verrouiller une grange après le vol des chevaux», explique le Dr Naghavi, soulignant que la plupart des traitements ne font que retarder l'insuffisance cardiaque éventuelle. Mais étant donné que tant d'Américains souffrent de crises cardiaques - et continueront probablement à le faire -, le développement de traitements innovants pour les aider à se rétablir en vaut toujours la peine, a déclaré le Dr Cohen.
Même quelque chose d'aussi improbable que d'essayer de remplacer le sang par des cyanobactéries pourrait contribuer à sauver des vies. Le défi, comme il le dit, "n’est pas quelque chose que je prends à la légère."
