Singapour ouvre un centre de recherche sur les cellules souches pour étudier les maladies cardiaques chez les Asiatiques et adapter les traitements

Un échantillon de sang de 5 ml offre un nouvel éclairage sur les maladies cardiaques

Singapour a ouvert son premier centre consacré à la recherche sur les cellules souches et les maladies cardiaques chez les Asiatiques. Il s’appuie sur une collection de plus de 40 modèles de maladies créés à partir de cellules de patients par le National Heart Centre Singapore (NHCS). L’objectif est de comprendre pourquoi les maladies cardiaques touchent différemment les patients asiatiques et de trouver des traitements mieux adaptés à leur biologie.

Le Centre for Integrative Human Cell Research and Translation (CIPHER) a été inauguré le 16 octobre par Tan Kiat How, ministre d’État principal à la Santé, lors du sixième gala Heart to Heart du NHCS, au Ritz-Carlton Millenia Singapore. Ses chercheurs peuvent partir d’à peine 5 ml de sang, reprogrammer les cellules de cet échantillon en cellules souches, puis les faire évoluer en cellules musculaires cardiaques battantes pour les étudier en laboratoire.

Chrishan Ramachandra, directeur adjoint du CIPHER, également chercheur principal au National Heart Research Institute Singapore (NHRIS) et au NHCS, a indiqué que les patients asiatiques développent des maladies cardiaques plus tôt, présentent des formes différentes de la maladie et ont tendance à connaître une évolution moins favorable que les patients occidentaux. Pourtant, une grande partie des recherches à l’origine des traitements repose sur des animaux et sur la biologie occidentale.

Le centre réunit plusieurs axes de recherche : des modèles reproduisant les caractéristiques des maladies de patients individuels, des tests de médicaments sur des cellules humaines et une cavité cardiaque miniature conçue pour reproduire certaines caractéristiques d’un cœur défaillant. Parallèlement à l’inauguration, un don distinct de 2,5 millions de dollars a permis de créer une chaire destinée à soutenir la recherche en chirurgie cardiaque et thoracique ainsi que la formation de futurs chefs de file en chirurgie.

Pourquoi étudier la biologie des patients asiatiques ?

Les communautés chinoise, malaise et indienne de Singapour offrent aux chercheurs l’occasion d’étudier les maladies cardiovasculaires dans différentes populations asiatiques. Derek Hausenloy, directeur du CIPHER, a expliqué que cette diversité permet au centre d’examiner les manifestations de la maladie dans des groupes ethniques particuliers, plutôt que de considérer les patients asiatiques comme une catégorie biologique unique.

Les chercheurs veulent déterminer les mécanismes à l’origine de ces différences. Un modèle de maladie peut les aider à examiner le comportement des cellules cardiaques, leur utilisation de l’énergie et leur réponse à un médicament. Ces observations pourraient désigner une cible thérapeutique, c’est-à-dire un mécanisme biologique qu’un médicament pourrait modifier.

Les besoins sont considérables. Selon les chiffres cités lors de l’inauguration, les maladies cardiaques et les accidents vasculaires cérébraux causent environ 23 décès par jour à Singapour, et les maladies cardiovasculaires représentent un décès sur trois en 2025. La mission du CIPHER est de traduire une compréhension plus précise de la biologie des patients en choix utiles pour leur prise en charge.

Comment des cellules sanguines deviennent des cellules cardiaques battantes

Les chercheurs ont recours à un processus appelé reprogrammation pour transformer des cellules spécialisées en cellules souches pluripotentes induites. Ces cellules souches peuvent ensuite être orientées vers d’autres types cellulaires, notamment des cellules musculaires cardiaques. En termes simples, les scientifiques réinitialisent l’identité d’une cellule avant de l’orienter vers une autre fonction.

Un échantillon de sang permet donc d’étudier la maladie cardiaque d’un patient sans prélever un fragment de son cœur. Les cellules obtenues conservent le patrimoine génétique du patient et peuvent reproduire en laboratoire certaines caractéristiques de sa maladie.

Ramachandra a décrit l’intérêt de cette approche :

« Quand nous faisons pousser une cellule musculaire cardiaque à partir du sang d’un patient et que nous la voyons battre dans une boîte de culture, tout en portant la maladie de ce patient, nous observons quelque chose qu’aucun modèle animal ne peut reproduire », a déclaré Chrishan.

Le recours aux échantillons de sang facilite également les prélèvements pour les patients. En décembre 2023, Ramachandra expliquait que l’équipe avait abandonné les prélèvements cutanés, car la procédure était invasive et pouvait laisser une petite cicatrice. Le sang pouvait quant à lui être prélevé lors des consultations de suivi.

Plus de 40 modèles constituent la collection de départ

Le NHCS a mis au point plus de 40 modèles dérivés de patients, qui constituent le socle du programme de recherche du CIPHER. Ils couvrent notamment l’insuffisance cardiaque, les troubles arythmogènes et les cardiomyopathies.

L’insuffisance cardiaque signifie que le cœur ne parvient pas à fournir le sang aussi efficacement que l’organisme en a besoin. La cardiomyopathie est une maladie du muscle cardiaque, qui peut se dilater, s’épaissir ou se rigidifier. Ces changements peuvent rendre le pompage plus difficile.

Les maladies arythmogènes héréditaires décrites par les chercheurs se caractérisent par une mauvaise cohésion des cellules musculaires cardiaques, progressivement remplacées par du tissu cicatriciel et de la graisse. Ces changements peuvent perturber les signaux électriques qui coordonnent les battements du cœur.

Une collection couvrant différentes maladies offre aux scientifiques plusieurs pistes pour les étudier. Ils peuvent examiner les dysfonctionnements cellulaires, comparer les réponses aux traitements potentiels et rechercher les caractéristiques biologiques associées à une meilleure réponse.

Tester des médicaments avant leur administration aux patients

Hausenloy a indiqué que les plateformes cellulaires du CIPHER peuvent servir à tester des médicaments et à étudier leurs effets sur la fonction cardiaque et le métabolisme, c’est-à-dire les processus chimiques par lesquels les cellules obtiennent et utilisent de l’énergie. L’objectif est d’identifier les traitements avec plus de précision, notamment les patients susceptibles d’en bénéficier.

Un médicament peut aider un patient et être peu efficace chez un autre. Le tester sur des cellules cultivées à partir d’un échantillon du patient pourrait aider les chercheurs à étudier ces différences avant d’exposer la personne à un médicament inefficace ou à des effets indésirables.

Dans ce contexte, un traitement personnalisé consiste à mieux adapter les soins à la biologie de chaque individu. Ces recherches peuvent aussi avoir une portée plus large : la découverte d’un mécanisme commun à de nombreux patients pourrait déboucher sur un traitement utile à un groupe plus vaste.

L’annonce de l’inauguration ne précise pas à quelle échéance les modèles du CIPHER pourraient guider les prescriptions courantes ou permettre la mise au point d’un nouveau traitement approuvé. Les travaux actuels portent sur la compréhension des maladies et l’évaluation de traitements potentiels.

Ce que le cœur humain en bocal apporte à la recherche

Le CIPHER travaille également avec Medera Inc., une société de biopharmacie au stade clinique, sur le projet Human Heart-in-a-Jar, une cavité ventriculaire humaine bio-ingénierée de la taille d’un bout de doigt. Un ventricule est l’une des principales cavités de pompage du cœur. Ce modèle miniature est conçu pour reproduire certaines caractéristiques des maladies cardiaques.

Des travaux antérieurs, décrits en décembre 2023, associaient le NHCS à Novoheart, une entreprise de biotechnologie spécialisée dans les cellules souches. Ce projet visait à créer des modèles miniatures à partir de patients asiatiques atteints d’insuffisance cardiaque, en utilisant des cellules cultivées à partir de leur sang.

Le procédé de fabrication ajoute une structure physique autour des cellules. Les chercheurs les placent dans un gel contenant du collagène et des matériaux de soutien, puis façonnent le mélange autour d’un moule. Lorsque les cellules forment un tissu et que le moule est retiré, il reste une cavité creuse capable de battre et de pomper.

Cette cavité fournit aux chercheurs des mesures qui vont au-delà de l’observation du battement de cellules isolées dans une boîte de culture. Ils peuvent étudier la contraction, le relâchement et la pression, des caractéristiques directement liées à la fonction du cœur, qui consiste à faire circuler le sang dans l’organisme. Lors de l’inauguration du CIPHER, ce modèle miniature a été présenté comme une première en Asie.

Des recherches axées sur les cœurs qui se remplissent difficilement

Le projet décrit en décembre 2023 portait sur l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection préservée, qui représenterait la moitié des cas d’insuffisance cardiaque. La fraction d’éjection mesure la proportion de sang éjectée d’un ventricule à chaque battement.

Dans cette forme d’insuffisance cardiaque, cette proportion peut rester dans la norme alors que le muscle cardiaque est trop rigide pour se relâcher et se remplir correctement. Le cœur peut donc se contracter assez bien tout en envoyant trop peu de sang pour répondre aux besoins de l’organisme.

Une cavité miniature qui se contracte et se relâche permet d’étudier ce problème. Les chercheurs espèrent que les mesures de pression et d’autres observations les aideront à reproduire plus fidèlement la maladie et à repérer des médicaments prometteurs.

Le NHCS a reçu une subvention de 5 millions de dollars du programme Industry Alignment Fund – Industry Collaboration Project de l’Agency for Science, Technology and Research, destinée à la découverte de médicaments pour les patients asiatiques atteints d’insuffisance cardiaque. L’article de décembre 2023 indiquait également que l’insuffisance cardiaque représentait 17 % des admissions en cardiologie dans les hôpitaux publics, soulignant l’ampleur des besoins médicaux.

Des recherches amorcées dès 2009

Les travaux du CIPHER s’inscrivent dans la continuité de recherches engagées bien avant l’ouverture du nouveau centre. Dans son communiqué de recherche de 2011, publié le 15 septembre, le NHCS a documenté la création de cellules musculaires cardiaques battantes à partir de la peau de patients, grâce à une méthode qui n’utilisait pas de virus pour produire des cellules souches pluripotentes induites.

Le projet avait débuté en 2009. L’équipe comptait 15 membres, dont trois médecins-chercheurs et cinq chercheurs scientifiques, et bénéficiait d’une subvention de la National Research Foundation d’un montant proche de 9 millions de dollars sur cinq ans. Le NHCS avait identifié la modélisation des maladies et les tests personnalisés de médicaments parmi les applications possibles.

• 2009 : l’équipe du NHCS lance le projet sur les cellules souches, décrit par la suite dans son communiqué officiel.
• 15 septembre 2011 : le NHCS annonce avoir généré des cellules cardiaques battantes à partir de peau de patients.
• 4 décembre 2023 : le projet de cœur miniature est présenté, avec un accent mis sur les patients asiatiques et l’insuffisance cardiaque à fraction d’éjection préservée.
• 16 octobre : le CIPHER est inauguré, avec une base de recherche constituée de plus de 40 modèles dérivés de patients.

Le communiqué de 2011 estimait à environ 5 000 le nombre annuel d’hospitalisations pour insuffisance cardiaque à Singapour, dont quelque 1 000 prises en charge par le NHCS. Ces chiffres historiques éclairent les raisons qui ont poussé les chercheurs à trouver des moyens d’étudier les lésions du muscle cardiaque et les réponses individuelles aux médicaments.

Un don de 2,5 millions de dollars soutient la recherche chirurgicale

Le SingHealth Duke-NUS Academic Medicine Centre a également annoncé, lors de l’inauguration, la création de la chaire Tong Ming Chuan de chirurgie cardiothoracique. Financée par un don de 2,5 millions de dollars de Tong, elle sera attribuée par la Duke-NUS Medical School dans le cadre du Cardiovascular Sciences Academic Clinical Programme.

Tong, chirurgien cardiothoracique et vasculaire exerçant en libéral au Mount Elizabeth Medical Centre et consultant invité au NHCS, a contribué à ouvrir la voie à des interventions cardiaques pendant son passage au Singapore General Hospital, de 1981 à 1992. Il a participé à la première transplantation cardiaque de Singapour, en 1990, et faisait partie de l’équipe ayant réalisé la première transplantation pulmonaire du pays, en 2000.

La chaire vise à soutenir la recherche chirurgicale, l’excellence clinique et la formation des futurs chefs de file en chirurgie. Yeo Khung Keong, directeur général du NHCS, a présenté cette chaire et le CIPHER comme deux engagements complémentaires : l’un ancre la recherche scientifique dans la biologie des patients, tandis que l’autre forme des chirurgiens capables de mettre les progrès au service des soins.

Tan Kiat How, ministre d’État principal à la Santé et inaugurateur du CIPHER, a inscrit ces travaux dans le cadre des efforts accrus de Singapour en matière de prévention, d’intervention précoce et de maintien de la santé et de l’autonomie. Il a précisé comment évaluer l’innovation :

L’innovation peut accompagner cette évolution, mais sa valeur ne se mesure pas au degré de sophistication d’une technologie. Elle se mesure à ce qu’elle change pour les patients.

Points clés

• Le CIPHER a ouvert le 16 octobre pour étudier les maladies cardiovasculaires chez les Asiatiques à l’aide de modèles de cellules souches humaines.
• Les chercheurs peuvent utiliser un échantillon de sang de 5 ml pour produire des cellules souches, puis des cellules musculaires cardiaques battantes.
• Plus de 40 modèles du NHCS dérivés de patients constituent la base de recherche du centre.
• Une cavité cardiaque miniature permet aux chercheurs d’étudier le pompage, le relâchement et la pression, tout en testant des traitements potentiels.
• Le NHCS avait documenté en septembre 2011 des travaux antérieurs sur la production de cellules cardiaques battantes à partir de peau.
• Un don distinct de 2,5 millions de dollars a permis de créer la chaire Tong Ming Chuan de chirurgie cardiothoracique.