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Le cœur humain commence à battre avant d’être complètement formé

Qui est le premier, le coeur ou le battement ? Des chercheurs en embryologie peuvent maintenant répondre à cette question.

par Jovana Drinjakovic
14 Octobre 2016, 7:00am

Au cours de la vie d'une personne, un cœur humain bat en moyenne 2,5 milliards de fois. Mais qui vient en premier, le battement ou le cœur ? Des scientifiques pensent avoir résolu cette question en déterminant à quel moment de l'histoire d'un organisme avait lieu la pulsation originelle. Or, celle-ci advient bien avant que le cœur n'adopte une forme identifiable, explique le journal eLIFE. L'étude pourrait avoir des implications importantes en médecine régénérative, et aider les scientifiques à comprendre comment fabriquer des cœurs en laboratoire.

Le cœur est le premier organe à se former lors du développement de l'embryon : il est indispensable puisque c'est grâce à lui que les autres organes reçoivent les nutriments et l'oxygène nécessairement à la formation des tissus. Chez la souris, une semaine seulement après la fécondation, le cœur apparait sous la forme d'un amas de cellules progénitrices immatures—des cellules issues de cellules souches, et qui deviendront progressivement des cellules cardiaques à proprement parler. En 24 heures seulement, les cellules progénitrices cardiaques se réuniront pour former un tube qui boucle sur lui-même afin de former l'anatomie cardiaque que nous connaissons.

Les premiers battements de cœur. Video : Shankar Srinivas et co-auteurs/eLife et co-auteurs/eLife. GIF par Navi Lamba.

Jusqu'à présent, les scientifiques estimaient que les premiers battements n'avaient lieu qu'une fois le tube cardiaque entièrement formé. À présent, une équipe britannique a révisé cette hypothèse en montrant que cet événement advenait au bout de 12h seulement chez la souris, au moment où les cellules progénitrices cardiaques commencent à se disperser sur une surface plus importante.

Parce que les souris se développent plus rapidement que nous, cette échéance correspond à environ 20 jours de développement in utero chez les humains. Dans cet intervalle de temps, le fœtus se sera métamorphosé jusqu'à ressembler à une créature en forme de ver. Il n'a pas encore de bras, de jambes ou de tête à proprement parler, même si son cerveau a commencé à se former. Cependant, son cœur commence déjà à battre.

Du point de vue de la chimie élémentaire, les battements de cœur correspondent à variations brutales de la répartition du calcium à l'intérieur des cellules du muscle cardiaque. Tandis que les niveaux de calcium augmentent et diminuent, ils provoquent la contraction et le relâchement successifs des cellules, ce qui permet au cœur d'amorcer sa fonction de pompe et de faire circuler le sang dans le corps.

Within a couple of hours, the calcium pulses are synchronized and cells have matured enough to be able to contract and beat visibly. Video: Shankar Srinivas and co-authors/eLife and co-authors/eLife. GIF by Navi Lamba

Pour identifier le premier battement cardiaque, les chercheurs ont filmé le développement des embryons de souris in silico, en se concentrant sur les cellules progénitrices. Ces cellules étaient trop jeunes pour être qualifiées de « cellules cardiaques, » et ne possédaient pas encore la force contractile à l'origine des pulsations. Mais quand les chercheurs ont injecté du calcium fluorescent dans les embryons de souris, ils ont pu observer distinctement les vagues de calcium préludant aux battements cardiaques en bonne et due forme.

« Nous avons été surpris en voyant que l'activité du calcium précédait le mécanisme provoquant la contraction cellulaire. On aurait pu imaginer que ce mécanisme venait en premier, attendant le signal du calcium, mais c'était l'inverse, » explique Shankar Srinivas, professeur de biologie du développement à l'Université d'Oxford et co-auteur.

Les vagues de calcium en question ne sont pas là pour décorer. Elles semblent essentielles au développement fœtal, puisqu'en les bloquant, les chercheurs ont compromis la capacité des cellules à devenir matures.

Cette découverte constitue une grande avancée pour la recherche sur le développement embryonnaire, puisque les chercheurs pensaient auparavant que les cellules immatures « évoluaient » en utilisant des structures moléculaires présentes exclusivement dans les cellules matures, explique Ian Scott, qui étudie le développement cardiaque à l'Hôpital des enfants de Toronto.

Les vagues de calcium commencent à se propager au hasard dans quelques cellules seulement ; puis en quelques heures, elles s'organisent pour battre en un pouls synchrone. Les chercheurs veulent savoir ce qui déclenche ce phénomène, afin de fabriquer du cardiaque en laboratoire et de mieux comprendre les maladies cardiaques.

« Le principal problème de la médecine régénérative est de faire en sorte que nos cellules 'battent' de façon coordonnée. Si nous comprenions comment ce mécanisme apparait dans le développement de l'individu, nous pourrions créer des cœurs suffisamment efficaces pour fonctionner de manière autonome une fois greffés, » ajoute Srinivas.