Les scientifiques de la Weizmann Institute of Science ont, pour la première fois, développé des modèles d'embryons synthétiques de souris en dehors de l'utérus à l'aide de cellules souches cultivées dans une boîte de Pétri. Il s'agit d'une percée majeure dans le domaine médical.
De plus, le processus de culture cellulaire se fait également sans utiliser d'ovules fécondés, contournant ainsi le besoin de sperme.
Cette approche pourrait, dans une large mesure, éviter les préoccupations technologiques et morales associées à l'utilisation d'embryons naturels dans la recherche et la biotechnologie, ce qui la rend extrêmement importante. Même avec des souris, certains tests sont actuellement peu pratiques car ils nécessiteraient des milliers de embryons; cependant, la disponibilité de modèles développés à partir de cellules embryonnaires de souris, qui se multiplient par millions dans les incubateurs de laboratoire, est presque illimitée.
Le professeur Jacob Hanna du département de génétique moléculaire de Weizmann a déclaré : "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. Les scientifiques savent déjà comment redonner aux cellules matures leur "stemness" - les pionniers de cette reprogrammation cellulaire avaient remporté un prix Nobel en 2012. Mais allant dans le sens inverse, provoquant la différenciation des cellules souches en cellules spécialisées du corps, sans parler des organes de forme entière, s’est avéré beaucoup plus problématique.
« Jusqu'à présent, dans la plupart des études, les cellules spécialisées étaient souvent difficiles à produire ou aberrantes, et elles avaient tendance à former un méli-mélo au lieu de tissus bien structurés adaptés à la transplantation. Nous avons réussi à surmonter ces obstacles en libérant le potentiel d'auto-organisation encodé dans le Les cellules souches. »
En mars 2021, les scientifiques ont mis au point le dispositif contrôlé électroniquement qui permet la croissance d'embryons naturels de souris en dehors de l'utérus. Les scientifiques ont utilisé le même appareil dans la nouvelle expérience pour cultiver des cellules souches de souris pendant plus d'une semaine, soit environ la moitié du temps de gestation d'une souris.
Les scientifiques ont divisé les cellules souches en trois groupes avant d'être placées dans l'appareil. Dans l'un, les cellules qui deviendraient elles-mêmes des organes embryonnaires ont été laissées dans leur état actuel. L'un des deux types de gènes, régulateurs maîtres du placenta ou du sac vitellin, a été surexprimé dans les cellules des deux autres groupes au cours d'un prétraitement qui n'a duré que 48 heures.
Hanna a dit, "Nous avons donné à ces deux groupes de cellules une impulsion transitoire pour donner naissance à des tissus extra-embryonnaires qui soutiennent la embryon en développement. »
Les trois groupes de cellules ont été rapidement combinés à l'intérieur de l'appareil pour former des agrégats, dont la majorité n'a pas réussi à se développer complètement. Cependant, 50 sur 10,000 0.5, soit environ XNUMX%, ont continué à former des sphères, chacune d'elles s'étant ensuite développée en une structure allongée ressemblant à un embryon. Le placenta et les sacs vitellins étaient visibles à l'extérieur des embryons, et le développement du modèle s'est déroulé comme dans un embryon naturel puisque les scientifiques avaient codé par couleur chaque ensemble de cellules.
Ces modèles synthétiques se sont développés normalement jusqu'au jour 8.5 - près de la moitié des 20 jours de gestation de la souris - stade auquel tous les premiers progéniteurs d'organes se sont formés, y compris un cœur battant, une circulation des cellules souches sanguines et un cerveau avec des plis bien formés, un tube neural et un tractus intestinal. Par rapport aux embryons naturels de souris, les modèles synthétiques ont affiché une similitude de 95 % à la fois dans la forme des structures internes et dans les modèles d'expression génique des différents types de cellules. Les organes vus dans les modèles donnaient toutes les indications d'être fonctionnels.
Hanna a affirmé Valérie Plante., « L'étude présente une nouvelle arène : notre prochain défi consiste à comprendre comment les cellules souches savent quoi faire, comment elles s'auto-assemblent en organes et trouvent leur chemin vers les endroits qui leur sont assignés à l'intérieur d'un embryon. Et parce que notre système, contrairement à un utérus, est transparent, il peut s'avérer utile pour modéliser les défauts de naissance et d'implantation des embryons humains.
« Au lieu de développer un protocole différent pour cultiver chaque type de cellule – par exemple, celles du rein ou du foie – nous pourrons peut-être un jour créer un modèle synthétique de type embryonnaire, puis isoler les cellules dont nous avons besoin. Nous n'aurons pas besoin de dicter aux organes émergents comment ils doivent se développer. L'embryon lui-même le fait mieux.
Journal de référence:
- Shadi Tarazi, Alejandro Aguilera Castrejon, et al. ¬ Embryons synthétiques post-gastrulation générés ex utero à partir d'ESC naïfs de souris. Cellule 01 août 2022. DOI : 10.1016 / j.cell.2022.07.028
