L'exposition maternelle au cadmium est un facteur de risque connu de cardiopathie congénitale. Pour comprendre les mécanismes en jeu, des chercheurs américains du National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS), une branche des Instituts nationaux de la santé américains (National Institutes of Health, NIH), ont utilisé des organoïdes cardiaques. Ils ont ainsi mis en évidence l'effet du cadmium sur les cardiomyocytes au stade précoce du développement. Ces travaux sont parus dans « Environmental Health Perspectives ».
« Les modèles que nous avons créés sont utiles non seulement pour étudier le cadmium, mais aussi pour étudier d'autres produits chimiques et substances, souligne Erik Tokar, co-auteur de l'étude. Les organoïdes cardiaques ont un grand potentiel pour caractériser la toxicité chimique et identifier les risques réels pour la santé humaine, et pourraient également aider à réduire notre dépendance à l’égard des essais sur les animaux. »
Le cadmium est un métal « qui peut être rejeté dans l'environnement par l'exploitation minière et divers procédés industriels, et il est retrouvé dans l'air, le sol, l'eau et le tabac, est-il expliqué dans un communiqué des NIH. Le métal peut entrer dans la chaîne alimentaire lorsque les plantes l'absorbent du sol. »
Trois modèles in vitro utilisés
Les chercheurs ont souhaité évaluer les effets du cadmium sur les différentes étapes du développement cardiaque, à l'aide de trois modèles in vitro issus de cellules souches humaines : le premier avec des cellules souches embryonnaires formant des corps embryoïdes 3D pour étudier l'embryogenèse précoce, le second en 2D issu de cellules souches embryonnaires pour étudier la formation des cardiomyocytes, ainsi qu'un troisième, un organoïde cardiaque en 3D pour étudier les effets de l'exposition au cadmium sur la contractilité et le développement cardiaque. Par rapport aux autres modèles, les organoïdes ont la capacité supplémentaire de s'auto-organiser de façon autonome grâce un milieu de culture approprié et sont capables de simuler le battement du cœur.
Ce dernier modèle a permis de confirmer les observations faites dans les deux premiers : de faibles doses de cadmium sont capables de bloquer la formation des cardiomyocytes et d'empêcher leur fonctionnement correct.
« Nous avons constaté qu'une exposition précoce à des niveaux de cadmium pertinents pour l'homme entraînait un effet inhibiteur spectaculaire sur la différenciation des cardiomyocytes, alors que les expositions ultérieures n'avaient pas cet effet, résume Xian Wu, qui a mené cette étude. Cette exposition au cadmium a également endommagé la fonctionnalité de l'organoïde cardiaque. »
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