Micro-caillots biotranscrits pour l'analyse cinétique de la fibrinolyse médiée par les cellules endothéliales
Exploration révolutionnaire de la dynamique de fibrinolyse à l’échelle microscopique
Contexte de la recherche et problématique
La thromboembolie veineuse (Venous Thromboembolism, VTE), en tant que maladie sérieusement menaçante pour la santé humaine, cause environ 500 000 décès chaque année rien qu’aux États-Unis. L’apparition de la VTE est étroitement liée à la formation et à la résistance à la dissolution des thrombus dans les veines (hypo-fibrinolyse). Cependant, depuis longtemps, les recherches sur la thrombose veineuse se sont principalement concentrées sur l’« hypercoagulabilité », c’est-à-dire les mécanismes de formation des thrombus, tandis que la problématique de l’hypo-fibrinolyse a été relativement négligée. Les traitements actuels de la VTE reposent principalement sur l’utilisation d’anticoagulants, qui inhibent la formation et la propagation des thrombus, mais n’améliorent pas efficacement leur dissolution. La seule méthode thérapeutique largement adoptée pour la fibrinolyse, à savoir les activateurs exogènes du plasminogène (thrombolytiques), voit son utilisation limitée en raison des risques importants de saignements graves.
En outre, le développement de médicaments liés à l’hypo-fibrinolyse progresse lentement, en partie à cause du manque de modèles expérimentaux in vitro efficaces. La plupart des tests actuels de fibrinolyse utilisent des méthodes in vitro simplifiées, par exemple en ajoutant des activateurs exogènes de plasminogène à des échantillons sanguins et en surveillant les changements de turbidité pour suivre la fibrinolyse. Cependant, ces méthodes sont trop simplistes pour refléter avec précision les multiples facteurs impliqués dans l’hypo-fibrinolyse. En plus, elles négligent souvent la contribution des cellules endothéliales, qui sont des régulateurs essentiels du processus de fibrinolyse.
Afin de répondre aux limites des méthodes existantes, une équipe de recherche provenant du Georgia Institute of Technology, de l’Emory University et du Vanderbilt University Medical Center a développé une plateforme d’analyse de la dynamique de fibrinolyse basée sur des micro-thrombus imprimés par biotechnologie. Cette plateforme utilise la bioprinting pour recréer à l’échelle microscopique les processus de fibrinolyse médiés par les cellules endothéliales, permettant ainsi une évaluation approfondie des effets des signaux environnementaux et des médicaments sur le processus de fibrinolyse. Cette recherche est publiée dans le journal Advanced Healthcare Materials en 2025, avec Shuichi Takayama comme auteur correspondant.
Processus expérimental
1. Construction de la plateforme d’analyse de la fibrinolyse microscopique
L’équipe de recherche a utilisé des systèmes à deux phases aqueuses (Aqueous Two-Phase Systems, ATPS) et la technologie d’impression biologique à l’échelle microscopique pour créer des micro-thrombus de fibrine directement sur des cellules endothéliales de veine ombilicale humaine (HUVEC) cultivées in vitro. Concrètement, les chercheurs ont séparé des phases liquides contenant de la thrombine et du fibrinogène respectivement grâce à l’impression ATPS, ce qui a permis de former des micro-thrombus de fibrine homogènes et stables sur les cellules HUVEC. Ce processus simule fidèlement le dépôt et la coagulation de la fibrine sur les cellules endothéliales après une lésion vasculaire.
Ces micro-thrombus imprimés, confinés dans un volume microscopique (micro ou sub-microlitre) au sein de plaques à 96 puits, ont ensuite été suivis pour enregistrer en temps réel le processus de dissolution. En combinant l’imagerie cellulaire automatisée en temps réel via un dispositif Incucyte et l’analyse des données d’image par algorithmes Matlab, les chercheurs ont quantifié l’intensité des pixels pour suivre la dissolution des micro-thrombus.
Une innovation majeure de cette méthode est qu’elle ne nécessite pas l’ajout d’activateurs exogènes de plasminogène, s’appuyant entièrement sur les facteurs fibrinolytiques sécrétés par les cellules endothéliales (par exemple, l’activateur tissulaire du plasminogène - TPA) pour effectuer la dégradation des thrombus, reflétant ainsi fidèlement la capacité fibrinolytique intrinsèque sous contrôle cellulaire.
2. Caractérisation de la dynamique de fibrinolyse microscopique
Les résultats ont montré que le temps de dissolution des micro-thrombus de fibrine augmente de manière non linéaire avec le volume des thrombus. Cette observation s’explique par une diminution relative de la surface exposée aux facteurs fibrinolytiques des cellules pour les thrombus de plus grand volume. En outre, une analyse de la cytotoxicité par un test de libération de déshydrogénase lactique (LDH-Glo Assay) a révélé que les niveaux de cytotoxicité restent faibles tout au long du processus de dissolution, garantissant la biocompatibilité du système expérimental.
3. Effets des stimuli environnementaux sur la fibrinolyse
L’équipe a testé l’effet de différents stimuli sur la capacité fibrinolytique des cellules endothéliales. Il est bien connu que le lipopolysaccharide bactérien (Lipopolysaccharide, LPS) augmente l’expression de facteurs inhibiteurs de la fibrinolyse, réduisant ainsi l’efficacité de dissolution des thrombus. Les expériences ont montré que, lorsque la concentration de LPS augmente, le temps de dissolution des thrombus est significativement prolongé et une quantité notable de fibrine résiduelle demeure non dégradée. Ce phénomène démontre l’état hypo-fibrinolytique induit par le LPS et met en évidence le potentiel de cette plateforme comme modèle de maladie.
4. Évaluation des effets des médicaments
Les chercheurs ont utilisé cette plateforme pour tester plusieurs médicaments connus pour leurs propriétés anticoagulantes ou pro-fibrinolytiques : - Rosuvastatine : Les statines, y compris la rosuvastatine, sont connues pour leurs effets pro-fibrinolytiques, bien que les mécanismes sous-jacents restent partiellement élucidés. Les résultats montrent que la rosuvastatine accélère de manière significative la dissolution des thrombus d’une manière dépendant de la concentration. Cependant, ses effets disparaissent en l’absence de cellules endothéliales, suggérant que la rosuvastatine agit sur les cellules pour promouvoir la fibrinolyse et non directement sur les thrombus.
- Baricitinib : En tant qu’inhibiteur des kinases JAK, le baricitinib, mis en garde par la FDA pour ses risques thromboemboliques, ralentit significativement la fibrinolyse à concentration élevée, laissant des portions de fibrine non dégradées. À faible concentration, ses effets sont atténués et, dans un contexte inflammatoire, ils pourraient même montrer une légère promotion de la fibrinolyse.
Ces résultats confirment le potentiel de cette plateforme pour identifier précocement les risques d’hypo-fibrinolyse induits par les médicaments.
5. Avantages du système expérimental et perspectives futures
Les chercheurs discutent également des limites et des extensions potentielles de ce modèle expérimental. Actuellement, les micro-thrombus sont principalement constitués de réseaux de fibrine. À l’avenir, l’incorporation de globules rouges, de plaquettes et d’autres composants permettra de recréer des environnements thrombiques plus complexes. De plus, en introduisant des modèles hydrodynamiques reproduisant les conditions de flux perturbé rencontrées dans les vaisseaux endommagés, il serait possible de simuler plus précisément l’équilibre fibrinolytique dans des conditions pathologiques ou physiologiques.
Importance et contribution de l’étude
Cette étude, grâce à une plateforme révolutionnaire d’analyse dynamique de fibrinolyse, a permis de recréer et de suivre en temps réel le processus de dissolution des thrombus sous contrôle des cellules endothéliales. L’absence d’activateurs fibrinolétiques exogènes dans ce modèle en fait un outil unique pour évaluer les variations de la capacité fibrinolytique dans des conditions physiologiques. Les propriétés haut débit et la flexibilité de la plateforme la rendent prometteuse pour le criblage de médicaments et la prédiction des risques.
En explorant les effets du LPS et du baricitinib, des stimuli induisant l’hypo-fibrinolyse, cette plateforme offre un outil indispensable pour étudier les mécanismes pathologiques de l’hypo-fibrinolyse avec plus de précision.
Ce travail comble non seulement les lacunes techniques dans l’étude de l’hypo-fibrinolyse dans le contexte de la VTE, mais ouvre également de nouvelles perspectives pour le traitement des maladies et le développement de médicaments. Les nouveaux traitements modulant la fibrinolyse pourront être validés et sélectionnés plus tôt grâce à cette plateforme innovante.