Mesurer le développement des organes
Des paramètres pour le développement des organes ont été définis pour la première fois.
Des chercheurs de Dresde et de Vienne mettent en évidence le lien entre la connectivité des structures tridimensionnelles dans les tissus et l'émergence de leur architecture, afin d'aider les scientifiques à concevoir des tissus auto-organisés qui imitent les organes humains.
L'architecture complexe des organoïdes neuroépithéliaux émerge des processus de fusion épithéliale. Les membranes cellulaires sont marquées en rouge, tandis que les tubes remplis de liquide sont marqués en vert.
Keisuke Ishihara et al., Nature Physics (2022)
Les organes du corps humain possèdent des réseaux complexes de tubes et de boucles remplis de fluide. Ils ont des formes différentes et leurs structures tridimensionnelles sont connectées différemment les unes aux autres, selon l'organe. Au cours du développement de l'embryon, les organes développent leur forme et leur architecture tissulaire à partir d'un simple groupe de cellules. En raison d'un manque de concepts et d'outils, il est difficile de comprendre comment la forme et le réseau tissulaire complexe apparaissent au cours du développement d'un organe. Des scientifiques de l'Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique (MPI-CBG) et du MPI pour la physique des systèmes complexes (MPI-PKS), tous deux situés à Dresde, ainsi que de l'Institut de recherche en pathologie moléculaire (IMP) de Vienne, ont défini pour la première fois des paramètres pour le développement des organes. Dans leur étude, l'équipe internationale de chercheurs fournit les outils nécessaires pour transformer le domaine des organoïdes - organes miniatures - en une discipline d'ingénierie permettant de développer des systèmes modèles pour le développement humain.
L'interaction collective des cellules conduit à la formation d'un organisme au cours du développement. Les différents organes présentent des géométries variées et des structures tridimensionnelles connectées différemment qui déterminent la fonction des tubes et des boucles remplis de fluide dans les organes. L'architecture en réseau ramifié du rein, qui assure une filtration efficace du sang, en est un exemple. Il est difficile d'observer le développement embryonnaire dans un système vivant, c'est pourquoi il existe si peu de concepts qui décrivent comment les réseaux de tubes et de boucles remplis de fluide se développent. Si des études antérieures ont montré comment la mécanique cellulaire induit des changements de forme locaux au cours du développement d'un organisme, la manière dont la connectivité des tissus émerge n'est pas claire. En combinant imagerie et théorie, le chercheur Keisuke Ishihara a commencé à travailler sur cette question d'abord dans le groupe de Jan Brugues au MPI-CBG et au MPI-PKS. Il a ensuite poursuivi son travail dans le groupe d'Elly Tanaka à l'IMP. Avec son collègue Arghyadip Mukherjee, anciennement chercheur dans le groupe de Frank Jülicher au MPI-PKS, et Jan Brugués, Keisuke a utilisé des organoïdes dérivés de cellules souches embryonnaires de souris qui forment un réseau complexe d'épithéliums, lesquels tapissent les organes et fonctionnent comme une barrière. "Je me souviens encore du moment passionnant où j'ai découvert que certains organoïdes s'étaient transformés en tissus avec de multiples bourgeons qui ressemblaient à une grappe de raisin". Décrire la modification de l'architecture tridimensionnelle au cours du développement s'est toutefois avéré difficile", se souvient Keisuke et ajoute : "J'ai découvert que ce système organoïde génère d'étonnantes structures internes avec de nombreuses boucles ou passages, ressemblant à une balle de jouet avec des trous."
L'étude du développement des tissus dans les organoïdes présente plusieurs avantages : ils peuvent être observés avec des méthodes de microscopie avancées, ce qui permet de voir les changements dynamiques au plus profond du tissu. Ils peuvent être générés en grand nombre et l'environnement peut être contrôlé pour influencer le développement. Les chercheurs ont pu étudier la forme, le nombre et la connectivité de l'épithélium. Ils ont suivi les changements de la structure interne des organoïdes au fil du temps. Keisuke poursuit : "Nous avons découvert que la connectivité des tissus émerge de deux processus différents : soit deux épithéliums séparés fusionnent, soit un seul épithélium s'auto-fusionne en fusionnant ses deux extrémités, et en créant ainsi une boucle en forme de beignet." Les chercheurs suggèrent, en se basant sur la théorie des surfaces épithéliales, que l'inflexibilité des épithéliums est un paramètre clé qui contrôle la fusion épithéliale et, à son tour, le développement de la connectivité tissulaire.
Les superviseurs de l'étude, Jan Brugues, Frank Jülicher et Elly Tanaka, concluent : "Nous espérons que nos résultats conduiront à une nouvelle vision des architectures tissulaires complexes et de l'interaction entre la forme et la connectivité des réseaux dans le développement des organes. Notre cadre expérimental et d'analyse aidera la communauté des organoïdes à caractériser et à concevoir des tissus auto-organisés qui imitent les organes humains. En révélant comment les facteurs cellulaires influencent le développement des organes, ces résultats peuvent également être utiles aux biologistes cellulaires du développement qui s'intéressent aux principes d'organisation."
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
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