Un modèle de souris nouveau-né donne des indices sur la cause d'une maladie intestinale dévastatrice chez les prématurés anémiques

Les médecins soupçonnent depuis longtemps que les transfusions de globules rouges administrées à des nourrissons prématurés atteints d'anémie peuvent les mettre en danger de développer une entérocolite nécrosante, ou NEC, une maladie inflammatoire potentiellement mortelle des intestins. Cependant, des preuves solides de la connexion ont été difficiles à obtenir en partie à cause de l'absence d'un modèle animal pratique capable de représenter avec précision ce qui se passe physiquement lorsqu'un bébé devient NEC.

Une souris de laboratoire nourrit ses chiots nouveau-nés qui ont environ la taille d'un quart et pèsent moins d'une once. Une équipe de recherche dirigée par Johns Hopkins Medicine a surmonté des problèmes antérieurs en travaillant avec des bébés souris pour développer un modèle permettant d'étudier une maladie gastro-intestinale dévastatrice qui frappe les bébés prématurés atteints d'anémie. Crédit :Le laboratoire Jackson

Maintenant, les chercheurs de Johns Hopkins Medicine rapportent qu'ils ont développé ce modèle - considéré comme le premier du genre - en utilisant des souris infantiles, ou des chiots, qui sont d'abord anémiques, puis reçoivent des transfusions sanguines de nouveau-nés d'une souche de souris différente. La nouvelle méthode, disent les chercheurs, imite ce qui se passe lorsque des transfusions sanguines sont administrées à des bébés humains provenant d'un donneur non apparenté.

Une description du modèle de souris, ainsi que des découvertes importantes et des avantages potentiels de ses premières utilisations, est publié dans un nouvel article de la revue Communication Nature .

Nous avions besoin d'un modèle de souris vivant et fonctionnel afin de savoir si une transfusion sanguine à elle seule conduit à une NEC ou si cela ne se produit que si la transfusion est administrée en cas d'anémie. »

Akhil Maheshwari, MARYLAND., Professeur de pédiatrie à la Johns Hopkins University School of Medicine, directeur de néonatologie au Johns Hopkins Children's Center, et auteur principal du document de recherche

Vu chez environ 10 % à 12 % des nourrissons pesant moins de 3,5 livres à la naissance, La NEC est une urgence gastro-intestinale à évolution rapide dans laquelle des bactéries envahissent la paroi du côlon, provoquant une inflammation qui peut finalement détruire les tissus sains sur le site. Si suffisamment de cellules sont nécrosées (tuées) pour qu'un trou se forme dans la paroi intestinale, les matières fécales peuvent pénétrer dans la circulation sanguine et provoquer une septicémie potentiellement mortelle.

Depuis 2004, Maheshwari dit, Des études de recherche ont montré à plusieurs reprises que les bébés nés prématurément qui sont gravement anémiques - ceux dont la proportion de globules rouges par rapport au volume sanguin total à la naissance - peut développer une NEC dans les 48 heures après avoir reçu une transfusion de globules rouges. Par comparaison, l'American Academy of Pediatrics dit que les bébés nés à terme ont normalement des volumes de globules rouges entre 42% et 65%, tombant entre 31 % et 41 % à l'âge de 1 an.

A la recherche d'un modèle de souris utile et pratique, Maheshwari et ses collègues ont dû surmonter un problème de taille.

« Les bébés souris nouveau-nés ont à peu près la taille d’un quart et pèsent moins d’une once, il est donc extrêmement difficile d'en prélever suffisamment de sang pour que les laboratoires puissent l'analyser, », dit Maheshwari.

Pour passer cet obstacle, une société privée d'équipement de diagnostic médical a fait don de l'utilisation de son système d'analyse sanguine avancé qui ne nécessite qu'un échantillon de 5 microlitres (5 millionièmes de litre) au lieu des 50 microlitres - 60 % de l'approvisionnement en sang total d'un chiot de souris - que la plupart des laboratoires d'analyse exigent .

Prochain, les chercheurs ont conçu une procédure pour induire une anémie sévère chez les chiots en prélevant environ la moitié de leur volume sanguin tous les deux jours pendant 10 jours après la naissance. Cela a fait chuter leur nombre de globules rouges à des niveaux se rapprochant de ceux des nouveau-nés gravement anémiques.

Sept jours après la naissance, les chercheurs ont introduit des bactéries qui avaient été isolées et cultivées à partir d'un nourrisson prématuré atteint de NEC. Finalement, des transfusions de globules rouges ont été administrées le 11e jour après la naissance.

Au cours des prochaines 48 heures, les chercheurs ont recherché le développement de symptômes de type NEC dans leur groupe expérimental et trois autres ensembles de petits souris :(1) un groupe témoin sans aucune intervention, (2) un groupe sans anémie qui a reçu des transfusions et (3) un groupe avec anémie mais non transfusé.

Seuls les chiots gravement anémiques qui ont reçu des transfusions sanguines ont présenté des lésions intestinales ressemblant à des NEC humaines avec nécrose, inflammation et séparation des tissus soutenant la muqueuse du côlon. L'étape suivante consistait à voir si nous pouvions trouver un mécanisme expliquant pourquoi cela s'était produit."

Akhil Maheshwari, MARYLAND

Examiner le sang des chiots présentant des conditions de type NEC après leur transfusion, les chercheurs ont découvert qu'il contenait trois composants non observés dans le sang des autres souris testées :(1) un grand nombre de macrophages, les cellules immunitaires qui engloutissent et digèrent les débris cellulaires, bactéries et virus, (2) l'hémoglobine circulant librement, les molécules à base de fer qui transportent normalement l'oxygène dans tout le corps lorsqu'elles sont attachées aux globules rouges, et (3) des niveaux élevés de protéines induisant l'inflammation, indiquant que les macrophages avaient été activés même sans menace biologique pour l'intestin.

Les chercheurs ont également observé que les niveaux d'haptoglobine, une protéine qui élimine l'hémoglobine libre du sang, étaient extrêmement faibles.

"Ces résultats suggèrent que l'anémie réduit la quantité d'haptoglobine chez le nouveau-né, empêcher l'hémoglobine libre qui entre par la transfusion d'être correctement éliminée comme elle le ferait normalement, ", dit Maheshwari.

Ce qui se passe apparemment, il dit, est que l'hémoglobine libre se fixe à un récepteur protéique sur la paroi intestinale qui est le même site où les poisons bactériens se lient. Par conséquent, le système immunitaire croit à tort que l'intestin est attaqué et active les macrophages.

Une fois que ces cellules immunitaires se mettent au travail, Maheshwari explique, ils déclenchent la libération des protéines inflammatoires observées dans le sang de l'anémique, souris transfusées. « Cet événement déclenche un double coup dur sur la paroi intestinale, " il dit. "D'abord, les protéines des macrophages enflamment et affaiblissent les tissus, les rendant vulnérables, puis, les bactéries entrent et produisent des endotoxines qui tuent les cellules individuelles.

Avec des preuves d'un mécanisme probable pour expliquer le lien entre l'anémie et la transfusion dans le développement de NEC, les chercheurs ont ensuite cherché à le confirmer en voyant s'ils pouvaient bloquer deux de ses étapes, et peut-être, faire avancer la recherche de thérapies potentielles.

Dans un essai, nous avons donné de l'haptoglobine à nos souris anémiques modèles avant de les transfuser et de bloquer l'activation des macrophages, ils n'ont donc pas développé de symptômes de type NEC."

Akhil Maheshwari, MARYLAND

Dans un autre essai, nanoparticules que Samuel Wickline, MARYLAND., et ses collègues de l'Université de Floride du Sud développés ont été utilisés pour provoquer une interruption génétique - une molécule d'ARN connue sous le nom de petit ARN interférent, ou siRNA - qui bloque le signal chimique indiquant aux macrophages de commencer à produire des protéines inflammatoires. Les nanoparticules ont été marquées avec un colorant fluorescent pour suivre leur mouvement et comprenaient un composé non toxique dérivé du venin d'abeille.

Maheshwari dit que les macrophages dans le sang des petits souris anémiques ont englouti les nanoparticules et les ont enfermées dans des vacuoles. Le dérivé du venin d'abeille, il explique, a brisé les vacuoles afin que le siRNA puisse être libéré à l'intérieur des macrophages.

Le bloqueur de signal génétique a bien fonctionné, Wickline dit, protéger les souriceaux anémiques de l'inflammation intestinale après des transfusions de globules rouges.

« Parce que nous avons montré que les nanoparticules inhibitrices avec des siARN étaient capables de contrôler un maître régulateur de l'inflammation dans NEC, peut-être que cette technologie pourra un jour être appliquée non seulement pour traiter ou prévenir les NEC, mais d'autres maladies où l'inflammation joue un rôle clé comme l'arthrite et l'athérosclérose, " il dit.

Maheshwari dit qu'il espère que le nouveau modèle de souris et les résultats de l'étude actuelle pourront être utilisés pour développer des biomarqueurs sanguins qui pourraient indiquer quels nouveau-nés humains sont les plus à risque de développer une NEC.

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