Les malformations, les lésions et les défaillances d’organes sont les causes les plus courantes de morbidité et de mortalité chez l’homme. On estime chaque année que plus de 35 000 nourrissons naîtront avec des malformations d’organes, que 100 000 personnes seront amputées d’un membre, que 5 000 personnes en attente d’organes mourront sans avoir reçu de greffe et qu’un million de personnes mourront d’une maladie organique. L’objectif du thème de la biologie régénérative et de l’ingénierie tissulaire (RBTE) est de développer la base de connaissances et les technologies nécessaires pour remplacer ou régénérer les tissus et organes humains et ainsi résoudre ces graves problèmes de santé et contribuer à l’amélioration de la qualité de vie et du bien-être.
Pour atteindre cet objectif, les scientifiques de RBTE poursuivent trois voies de recherche connexes. Premièrement, les scientifiques de RBTE utilisent des cellules souches et des approches développementales pour étudier comment les organes se forment et se régénèrent. Deuxièmement, les scientifiques de RBTE utilisent les connaissances acquises par les cellules souches et les études de développement pour régénérer les tissus et les organes dans une série d’organismes modèles et non modèles. Troisièmement, les scientifiques de RBTE transposent leurs recherches des organismes modèles et non modèles à l’homme. Ces trois voies de recherche sont présentées plus en détail ci-dessous. Grâce à cette approche à multiples facettes, les scientifiques de RBTE réalisent des avancées majeures vers le développement de technologies régénératives qui auront un impact positif sur la vie des nombreuses personnes souffrant de malformations, de dommages et de défaillances d’organes.
Biologie des cellules souches et du développement : La compréhension des processus cellulaires et développementaux qui sous-tendent la croissance des organes et des tissus constitue une base critique et nécessaire pour la régénération des organes et des tissus. La régénération des organes est un processus complexe qui nécessite le remplacement simultané des os, des muscles squelettiques et des tendons, ainsi que la repousse des nerfs, des vaisseaux sanguins et de la peau. Par conséquent, avant de pouvoir régénérer des organes, il faut comprendre les bases du développement de tous ces événements. Pour atteindre cet objectif, les scientifiques de RBTE utilisent diverses approches de recherche qui se répartissent en deux grandes catégories : la recherche sur les cellules souches et la biologie du développement. En ce qui concerne la recherche sur les cellules souches, les scientifiques de RBTE étudient la détermination du destin cellulaire. Dans cette recherche, les scientifiques de RBTE étudient les signaux qui transforment une cellule indifférenciée en une cellule spécifique à un tissu ou un organe. En ce qui concerne la biologie du développement, les scientifiques de RBTE étudient les processus cellulaires et moléculaires qui sous-tendent le développement normal des organes et des tissus dans des organismes modèles et non modèles.
Régénération dans des modèles animaux : Les scientifiques de RBTE appliquent les connaissances acquises par la recherche sur les cellules souches et la biologie du développement pour régénérer des tissus et des organes chez de nombreux animaux modèles et non modèles. Les animaux étudiés comprennent les grenouilles, les souris, les rats, les lapins, les porcs et les opossums. Cette recherche constitue une base essentielle pour la régénération des organes et des tissus chez l’homme. Plus précisément, la recherche sur les modèles animaux peut fournir des informations importantes sur les processus cellulaires et moléculaires qui sous-tendent la régénération des organes et des tissus. Les scientifiques de RBTE adoptent deux approches majeures pour régénérer les tissus dans les modèles animaux. Dans la première, les scientifiques de RBTE comparent les processus cellulaires et moléculaires opérant dans les tissus et organes capables de se régénérer avec les processus opérant dans les tissus et organes qui ne le sont pas. De cette manière, les scientifiques de RBTE sont en mesure d’identifier les processus spécifiques qui sous-tendent la régénération des organes et des tissus. Dans la deuxième approche, les scientifiques de RBTE appliquent les principes de la bio-ingénierie et de la science des matériaux à la régénération des tissus et des organes. Dans cette approche innovante, les scientifiques de RBTE utilisent des échafaudages, des tissus, des molécules bioactives et des cellules issus de l’ingénierie pour améliorer la régénération des organes et des tissus avec beaucoup de succès.
Recherche translationnelle sur la régénération humaine : L’objectif ultime de la biologie régénérative est de réussir à régénérer des tissus et des organes chez l’homme. Pour atteindre cet objectif, les scientifiques de RBTE ont établi des collaborations de recherche actives avec des médecins de plusieurs institutions, notamment la Mayo Clinic, l’Université de l’Illinois à Chicago, la Northwestern University et le Carle Hospital. Grâce à ces collaborations, les scientifiques de RBTE appliquent les connaissances acquises par la recherche sur les cellules souches, le développement et la régénération chez les animaux modèles et non modèles à la régénération des organes et des tissus chez l’homme. Ces efforts translationnels impliquent l’utilisation d’échafaudages biodégradables en combinaison avec des facteurs de croissance et des cellules souches adultes comme traitements pour les traumatismes ou les maladies des grands os et/ou du cartilage. Les domaines d’intérêt comprennent la régénération des os du crâne, de la colonne vertébrale, des os longs et des doigts, et du cartilage du visage, de la trachée et des articulations. La méthodologie employée pourrait réduire, voire éliminer, le besoin de procédures de prélèvement et de greffe d’os, diminuant ainsi le nombre d’interventions chirurgicales des patients.