Un modèle 3D révèle comment l’exposition au cadmium peut entraîner une cardiopathie congénitale

Des chercheurs ont mis au point un modèle tridimensionnel qui montre comment l’exposition au cadmium peut entraîner une cardiopathie congénitale. Affectant près de 40 000 nouveau-nés par an, la cardiopathie congénitale est le type d’anomalie congénitale le plus courant aux États-Unis. Le modèle a été créé par des scientifiques du National Institute of Environmental Health Sciences (NIEHS), qui fait partie des National Institutes of Health.

Le cadmium est un métal qui peut être rejeté dans l’environnement par l’exploitation minière et divers procédés industriels, et il 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 ont suggéré que l’exposition maternelle au cadmium pourrait être un facteur de risque important de cardiopathie congénitale.

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 vu comment l’exposition à de faibles niveaux de cadmium peut bloquer la formation habituelle de cardiomyocytes, qui sont le principal type de cellules qui forment le cœur. Ce faisant, ils ont révélé les mécanismes biologiques qui pourraient expliquer comment le cadmium pouvait induire des anomalies cardiaques.

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

Erik Tokar, Ph.D., responsable de l’étude, Direction de la toxicologie mécaniste, Division de la toxicologie translationnelle (DTT) du NIEHS

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

Tout d’abord, ils ont utilisé des cellules souches pluripotentes humaines pour développer des corps embryoïdes 3D afin d’imiter les premières étapes de la formation des tissus et des organes chez l’homme. Ils ont ensuite utilisé un modèle in vitro 2D qui comprenait un système de protéines régulatrices fluorescentes (NKX2-5) connu pour être impliqué dans le développement cardiaque, ce qui leur a permis d’examiner la toxicité du cadmium après exposition.

Le modèle organoïde cardiaque 3D, qui peut simuler le cœur battant, a confirmé ce qui a été observé dans les deux autres modèles, montrant comment de faibles doses de cadmium peuvent empêcher les cardiomyocytes de fonctionner correctement.

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

“Ces nouveaux modèles tirent parti des avancées technologiques qui nous permettent de modéliser la biologie humaine d’une manière qui identifie les risques réels pour la santé humaine”, a noté Brian Berridge, DVM, Ph.D., directeur scientifique, DTT. “Ils aident également à réduire notre dépendance aux tests sur les animaux.”

“Nous avons constaté que l’exposition précoce à des niveaux de cadmium pertinents pour l’homme entraînait un effet inhibiteur dramatique sur la différenciation des cardiomyocytes, alors que les expositions ultérieures n’avaient pas cet effet”, a déclaré Xian Wu, Ph.D., qui a mené ces études. “Cette exposition au cadmium a également endommagé la fonctionnalité organoïde cardiaque.”