Un modèle 3D montre comment l'exposition au cadmium peut entraîner des malformations cardiaques congénitales

Un modèle 3D montre comment l'exposition au cadmium peut entraîner des malformations cardiaques congénitales

Les chercheurs ont développé un modèle tridimensionnel qui montre comment l'exposition au cadmium peut entraîner des malformations cardiaques congénitales. Les malformations cardiaques congénitales sont la forme de malformation congénitale la plus courante aux États-Unis, touchant près de 40 000 nouveau-nés chaque année. Le modèle a été développé par des scientifiques de l'Institut national des sciences de la santé environnementale (NIEHS), qui fait partie des National Institutes of Health.

Le cadmium est un métal qui peut être rejeté dans l'environnement par le biais de l'exploitation minière et de divers processus industriels et qui a été trouvé dans l'air, le sol, l'eau et le tabac. Le métal peut entrer dans la chaîne alimentaire lorsque les plantes l’absorbent du sol. Des études antérieures suggéraient que l'exposition maternelle au cadmium pouvait constituer un facteur de risque important de malformations cardiaques congénitales.

À l’aide de modèles dérivés de cellules et de tissus humains, appelés modèles in vitro, les chercheurs ont conçu un modèle organoïde 3D qui imite le développement du cœur humain. Les chercheurs ont observé comment une exposition à de faibles niveaux de cadmium peut bloquer la formation normale de cardiomyocytes, qui constituent le principal type de cellules qui composent le cœur. Ce faisant, ils ont découvert les mécanismes biologiques qui pourraient expliquer comment le cadmium peut provoquer des anomalies cardiaques.

Les modèles que nous avons créés sont utiles non seulement pour étudier le cadmium, mais également pour étudier d’autres produits chimiques et substances.

Erik Tokar, Ph.D., chercheur principal, Division de toxicologie mécaniste, Division de toxicologie translationnelle (DTT) du NIEHS

Pour cette étude, les chercheurs ont développé trois modèles différents pour évaluer les effets du cadmium sur différentes étapes du développement cardiaque.

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Premièrement, ils ont utilisé des cellules souches pluripotentes humaines pour développer des corps embryonnaires en 3D afin d’imiter les premières étapes de la formation des tissus et des organes chez l’homme. Ils ont ensuite utilisé un modèle 2D in vitro contenant un système protéique régulateur fluorescent (NKX2-5) connu pour être impliqué dans le développement cardiaque, ce qui leur a permis d'étudier la toxicité du cadmium après exposition.

Le modèle organoïde cardiaque 3D, qui peut simuler les battements du cœur, a confirmé ce qui a été observé dans les deux autres modèles et a montré comment de faibles doses de cadmium peuvent inhiber le bon fonctionnement des cardiomyocytes.

L'étude, publiée dans la revue Environmental Health Perspectives, s'appuie sur des décennies de travail mené par des chercheurs en toxicologie pour faire progresser les connaissances sur la façon dont les expositions environnementales peuvent contribuer aux maladies humaines telles que le cancer, les maladies cardiovasculaires, l'autisme et d'autres troubles.

"Ces nouveaux modèles tirent parti des avancées technologiques qui nous permettent de modéliser la biologie humaine de manière à identifier les menaces réelles pour la santé humaine", a noté Brian Berridge, DVM, Ph.D., directeur scientifique de DTT. « Ils contribuent également à réduire notre dépendance à l’égard des tests sur les animaux. »

"Nous avons constaté qu'une exposition précoce à des niveaux de cadmium pertinents pour l'homme entraînait un effet inhibiteur considérable sur la différenciation des cardiomyocytes, alors que les expositions à un stade ultérieur n'avaient pas cet effet", a déclaré Xian Wu, Ph.D., qui a mené ces études. « Cette exposition au cadmium a également endommagé la fonction organoïde du cœur. »

Source:

Instituts nationaux de la santé

Référence:

Wu, X., et al. (2022) Développement cardiaque en présence de cadmium : Une étude in vitro avec des cellules souches embryonnaires humaines et des organoïdes cardiaques. Perspectives de santé environnementale. est ce que je.org/10.1289/EHP11208.

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