Les chercheurs de l’UCLA ont créé des modèles organoïdes à base de cellules souches miniatures de poumons humains, de cœurs et de cerveaux pour étudier comment les hantavirus – rare mais souvent des virus mortels se propagent par les rongeurs – infectent le corps. Les hantavirus ont été mis sous les projecteurs nationaux plus tôt cette année en tant que cause du décès pour Betsy Arakawa, pianiste classique et épouse de feu acteur Gene Hackman.
Les résultats des chercheurs, publiés dans Pathogènes PLOSMontrez comment le virus des Andes, le seul hantavirus connu pour se propager d’une personne à l’autre, infecte un large éventail de tissus. Les chercheurs ont également identifié des composés prometteurs qui ont bloqué le virus dans les tests de laboratoire, offrant de l’espoir pour les traitements futurs.
Les hantavirus sont un problème de santé mondial depuis les années 1950, lorsqu’ils ont provoqué des milliers de cas de fièvre hémorragique pendant la guerre de Corée. Aujourd’hui, ils continuent de provoquer des épidémies sporadiques à travers le monde, avec des taux de mortalité allant de 1% à 40%, selon la tension du virus.
Aux États-Unis, le virus de Sin Nombre a provoqué des cas de maladie respiratoire sévère, tandis que le virus hantanta de l’ancien monde est connu pour provoquer une maladie rénale en Asie. Les scientifiques sont particulièrement inquiets du virus des Andes, trouvés en Amérique du Sud, car il s’agit du premier hantavirus connu pour se propager entre les gens. Les décès récents au Nouveau-Mexique et en Californie ont souligné le risque continu que ces virus présentent.
« Les hantavirus représentent une menace sérieuse pour la santé publique, mais nous savons peu de choses sur la façon dont ils attaquent le corps humain », a déclaré le Dr Vaithi Arumugaswami, auteur principal de la nouvelle étude et membre de l’Eli et de l’Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and STEM Cell Research à l’UCLA. « En créant des systèmes organoïdes humains, nous pouvons enfin voir comment ces virus se comportent dans les poumons, le cœur et les tissus cérébraux – et commencer à identifier les moyens de les arrêter. »
Étudier l’infection par des organoïdes
Les scientifiques s’appuient sur des modèles animaux – généralement des hamsters – pour étudier comment les infections virales se propagent dans les systèmes d’organes entiers. Mais l’infectiosité extrême des hantavirus, combinée à la nécessité d’un confinement de niveau de biosécurité 4, rend très difficile d’étudier leurs effets systémiques chez les animaux. Pour surmonter cela, l’équipe dirigée par l’UCLA a utilisé des cellules souches humaines pour développer des organes organoïdes – 3D qui imitent la structure et la fonction des tissus humains.
L’équipe a exposé ces modèles organoïdes à trois hantavirus, le virus des Andes, le virus hantaan et le virus Sin Nombre, pour voir comment chacun a infecté les différents organes. Les différences étaient frappantes.
Le virus des Andes a infecté tous les types de cellules testés – cellules épithéliales et endothéliales de la lutte contre les poules, les cardiomyocytes et les astrocytes – tandis que le virus hantanta infecté les cellules cardiaques et cerveau plus sélectivement, et le virus du péché Nombre restait largement confiné aux cellules endothéliales pulmonaires.
« Il s’agit de la première preuve que le virus des Andes peut se reproduire efficacement dans les organes pulmonaires humains », a déclaré Arunachalam Ramaiah, co-co-senor auteur de la nouvelle étude. « Cela montre à quel point ce virus peut être polyvalent et dangereux. »
Les chercheurs ont également découvert que le virus des Andes perturbe le métabolisme cellulaire de manière alarmante. Dans les cellules pulmonaires, le virus a déclenché une inflammation et une lésion cellulaire tout en fermant le cholestérol et les voies de transformation des graisses. Dans les organes cardiaques, le virus a perturbé la structure cellulaire et a empêché les cellules cardiaques de battre rythmiquement.
« Le virus reprogramme le métabolisme cellulaire pour favoriser sa propre survie », a déclaré Arumugaswami, qui est également professeur de pharmacologie moléculaire et médicale à l’UCLA. « Cette perturbation peut contribuer aux lésions pulmonaires et cardiaques graves observées chez les patients. »
Candidats aux médicaments antiviraux prometteurs
Il n’y a pas de traitements actuellement approuvés ou de vaccins largement disponibles pour les hantavirus. Pour combler cette lacune, les chercheurs ont testé un panel de médicaments potentiels sur leur système de modèle de cellules humaines.
Ils ont constaté que l’urolithine B – un composé naturel trouvé dans certains fruits et noix – inhibait rapidement l’infection par le virus d’Anddes. Le composé a également restauré le métabolisme normal dans les cellules infectées tout en laissant des cellules saines largement inchangées. Un autre composé, le médicament antiviral, le favipiravir, déjà approuvé au Japon pour traiter la grippe, a également bloqué le virus.
« Deux composés, l’urolithine B et le favipiravir, ont montré une réelle promesse dans le blocage du virus des Andes », a déclaré Nikhil Chakravarty, co-auteur et étudiant en médecine à l’Université de sciences et de médecine de la Californie. « C’est un travail précoce, mais cela nous pointe vers la possibilité de nouvelles thérapies là où aucune n’existe actuellement. »
Bien que les infections au hantavirus restent relativement rares aux États-Unis, les températures du réchauffement et les changements d’habitat pourraient augmenter les risques alors que les rongeurs cherchent un abri dans des zones plus occupées par l’homme.
« Les impacts du changement climatique peuvent amener les gens à un contact plus fréquent avec les transporteurs de Hantavirus », a déclaré Arjit Vijey Jeyachandran, premier auteur et programmeur de bioinformatique à la David Geffen School of Medicine de l’UCLA. « Cela rend encore plus important de comprendre comment ces virus se propagent – et comment nous pouvons les arrêter. »
Les auteurs supplémentaires incluent Joseph Ignatius Irudayam, Swati Dubey, Maria Daskou, Anne Zaiss, Gustavo Garcia Jr., Bindu Konda, Aayushi Shah, Aditi Venkatraman, Baolong SU, Cheng Wang, Qi Cui, Kevin Williams, sonal Srikanth, Ashok Kumar, Yanhong, Dr.Rikanth, Ashok Kumari Damoiseaux et Barry Stripp.
