Les modèles d'embryons les plus avancés à ce jour imitent les deux premières semaines du développement humain

Republié par Platon

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Oubliez le sperme et l’ovule.

En utilisant des cellules souches humaines, les scientifiques ont créé des structures semblables à des embryons humains à l’intérieur de boîtes de Pétri. Ces blobs cultivés en laboratoire développent de multiples structures qui imitent un embryon humain après implantation dans l’utérus – une étape majeure pour la fertilité – et durent au moins 14 jours.

Il y a dix ans, fabriquer des structures de type embryonnaire, ou embryoïdes, sans cellules reproductrices aurait semblé ridicule. Mais à mesure que les scientifiques retracent de plus en plus le parcours moléculaire complexe vers la conception humaine, il devient possible de supprimer les spermatozoïdes et les ovules afin de jeter un coup d'œil dans la « boîte noire » du développement humain précoce.

Cela ressemble toujours à une expérience Frankenstein. Mais cette entreprise n’est pas une curiosité scientifique macabre. On sait très peu de choses sur les premières semaines de la grossesse humaine, période au cours de laquelle le développement a le plus souvent tendance à mal se dérouler. Étudier des modèles imitant ces premiers stades – sans la controverse des échantillons biologiques – pourrait aider les couples qui ont du mal à concevoir et mettre en lumière les mystères des grossesses précoces perdues.

Une nouvelle étude publiée dans Nature du vétéran de l'embryoïde, le Dr Jacob Hanna, fait désormais avancer le calendrier de la gestation en laboratoire. L’équipe a transformé des cellules souches embryonnaires humaines en embryoïdes qui modélisent les premiers embryons humains. Comme leurs homologues biologiques, les blobs basés en laboratoire ont développé des « couches » majeures de tissus définissant les premiers stades du développement humain.

"Le drame se situe au cours du premier mois, les huit mois restants de la grossesse sont principalement constitués de beaucoup de croissance", a affirmé Valérie Plante. Hanna. « Mais ce premier mois reste en grande partie une boîte noire. Notre modèle d’embryon humain dérivé de cellules souches offre une manière éthique et accessible d’examiner cette boîte.

Recette pour un embryon

Il y a deux ans, la même équipe a publié un résultat à succès : l'ovule rencontre le sperme n'est pas nécessaire pour déclencher la vie, du moins chez la souris. En utilisant des cellules souches de souris, l’équipe a découvert une soupe chimique capable de pousser les cellules vers des structures semblables à des embryons à l’intérieur d’une boîte de Pétri.

"L'embryon est la meilleure machine à fabriquer des organes et la meilleure bio-imprimante 3D. Nous avons essayé d'imiter ce qu'il fait." a affirmé Valérie Plante. Hanna à l'époque.

L’idée semble relativement simple : toutes les cellules embryonnaires ont le potentiel de devenir n’importe quel autre type cellulaire. Mais ces cellules sont aussi très sociales. En fonction de leur environnement, par exemple des signaux chimiques ou hormonaux qu'ils reçoivent, ils s'auto-organisent en tissus.

La culture d’embryoïdes s’appuie sur deux avancées, toutes deux issues du laboratoire Hanna.

On place les cellules souches inversées dans un état complètement naïf – une table rase qui efface toute identité. Nous considérons souvent les cellules souches comme une foule uniforme, mais elles se situent en réalité sur un spectre de développement varié. Chaque pas en avant guide le développement de la cellule vers un type de cellule ou un organe spécifique. Cependant, une cellule souche naïve a le potentiel de se développer dans n’importe quelle partie du corps.

Le redémarrage complet sur des cellules souches naïves facilite l'intégration des cellules souches dans leurs hôtes, que ce soit chez l'homme ou non. ou des souris.

Une autre avancée est un dispositif à commande électronique qui baigne les embryoïdes dans des vagues de nutriments. Comme un stimulateur cardiaque, la pompe simule la façon dont les nutriments se déplacent sur les embryons dans l'utérus, tout en contrôlant les niveaux d'oxygène et la pression atmosphérique.

Dans un étude de preuve de concept, une petite partie de cellules de souris transformées en structures ressemblant à des embryons. Ils se sont développés de manière similaire à leurs homologues naturels jusqu’à environ la moitié de leur gestation normale. Au bout de huit jours, les embryoïdes avaient un cœur battant, des cellules sanguines dans leur circulation, un mini-cerveau avec ses replis classiques et un tube digestif.

"Si vous donnez à un embryon les bonnes conditions, son code génétique fonctionnera comme une ligne prédéfinie de dominos, disposés pour tomber les uns après les autres", a affirmé Valérie Plante. Hanna dans une interview précédente. "Notre objectif était de recréer ces conditions, et nous pouvons désormais observer, en temps réel, chaque domino heurter le suivant."

Presque humain

Les souris ne sont pas des hommes. Hanna en est bien consciente, et la nouvelle étude comble le gouffre.

Le premier pas? Amorcez une cellule souche humaine en la ramenant à un état naïf.

Avec cette matière première en main, l’équipe a ensuite attribué aux cellules différentes identités, appelées lignées. Certains d’entre eux se transforment en cellules qui constitueront éventuellement l’embryon. D'autres se transforment en cellules de soutien, comme celles qui composent le placenta ou construisent le sac vitellin, un petit sac arrondi. multitâche qui soutient la santé de l’embryon en développement.

En d’autres termes, l’embryon humain en développement constitue un écosystème complexe. Il n’est donc pas étonnant que l’attribution de multiples rôles à des cellules souches naïves ait longtemps échappé aux créateurs d’embryoïdes. Pourtant, chaque lignée devient indispensable après qu’une étape majeure du développement humain précoce, l’implantation, ait eu lieu. Lorsqu’un embryon fécondé se fixe à la paroi utérine, il déclenche une myriade de changements essentiels à son développement ultérieur. C’est aussi à ce moment-là que se produit souvent la perte d’embryons.

La nouvelle étude se concentre sur l'étape post-implantation, réutilisant le précédent protocole d'embryoïde de souris de l'équipe pour générer des embryoïdes humains auto-organisés. Étonnamment, c'était plus simple.

Ils ont dû modifier génétiquement des cellules souches de souris pour les pousser vers des lignées différentes, explique l'équipe. Avec les cellules humaines, ils ont simplement modifié le bain de nutriments – aucun gène supplémentaire n’est requis – pour activer des programmes génétiques dans les cellules souches, les transformant ainsi en trois types de tissus de soutien.

À mesure que les embryoïdes mûrissaient, l’équipe a utilisé une série d’outils moléculaires et génétiques pour examiner leur fidélité. Dans l’ensemble, les structures ressemblaient à l’architecture 3D d’embryons humains naturellement développés entre 7 et 14 jours après la fécondation. Certaines cellules ont même pompé de la gonadotrophine chorionique humaine (hCG), une hormone utilisée pour les tests de grossesse à domicile. Tamponner les sécrétions des cellules sur le bâtonnet a donné un résultat positif à double ligne.

Dans l'ensemble, les embryoïdes ont montré les repères développementaux clés d'un embryon implanté précoce, a déclaré l'équipe, sans avoir besoin de fécondation ni d'interactions avec l'utérus de la mère.

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Course Embryoïde

L’équipe d’Hanna n’est pas la seule à faire avancer les embryoïdes.

En juin de cette année, deux d'autres équipes desembryoïdes conçus qui imitent les embryons humains après implantation. Les recettes et les ingrédients sont différents de ceux d'Hanna. Une étude, par exemple, a inséré une multitude de facteurs génétiques puissants qui ont poussé les cellules souches à devenir des tissus de soutien.

Les scientifiques ne sont pas tout à fait d’accord sur les embryoïdes qui ressemblent le plus à leur homologue naturel. Cependant, ils sont d’accord sur un point : les cellules souches, dans de bonnes conditions, ont une incroyable capacité à s’auto-organiser en structures embryonnaires de plus en plus sophistiquées.

Pour l’instant, l’embryoïde de 14 jours est présenté comme le «le plus avancé" encore.

Dans de nombreux pays, quatorze jours constituent un délai strict pour la recherche sur les embryons humains naturels, dans la mesure où ils ne peuvent pas être cultivés davantage en laboratoire. Cependant, les embryoïdes ne répondent pas à la définition d'un embryon et ne sont pas soumis à la limite de 14 jours. En d’autres termes, les embryoïdes humains pourraient être cultivés plus loin au cours du développement. Des travaux antérieurs montrent que c'est technologiquement possible chez la souris, avec des cellules souches développant des organes semi-fonctionnels.

Si vous êtes un peu effrayé, vous n'êtes pas seul. Les embryons se développent à des stades toujours plus avancés dans une course aux armements visant à ouvrir la boîte noire du développement humain précoce. Pour l’instant, les embryoïdes issus de cellules souches embryonnaires humaines doivent respecter la réglementation en vigueur. Cependant, ceux fabriqués à partir de cellules souches induites – utilisant souvent des cellules cutanées reconverties dans un état semblable à celui des cellules souches – ne sont soumis à aucune règle.

Pour être clair, les embryoïdes n’ont pas la capacité de se développer pleinement en êtres humains. Cependant, un étude récente chez les singes ont montré qu'ils pouvaient provoquer une grossesse lorsqu'ils étaient transplantés dans un utérus, même si dans ce cas, l'embryoïde était rapidement et naturellement interrompu. Des débats sont en cours pour savoir si et comment réguler ces blobs cellulaires.

Pour l'instant, l'équipe d'Hanna se concentre sur la révision de sa recette pour améliorer l'efficacité. Mais comme objectif à long terme, ils espèrent pousser l’embryoïde encore plus loin pour voir s’il peut développer des organes rudimentaires. Ces expériences « offriront un aperçu de fenêtres auparavant inaccessibles du développement humain précoce », affirment-ils.

Crédit image: Weizmann Institute of Science