Un mini-cœur dans une boîte de Pétri : un organoïde émule le développement du cœur humain
Découverte d'un nouveau type de cellule
Une équipe de l'université technique de Munich (TUM) a induit des cellules souches pour imiter le développement du cœur humain. Le résultat est une sorte de "mini-cœur" appelé organoïde. Il permettra d'étudier la première phase de développement de notre cœur et facilitera la recherche sur les maladies.
Différentes étapes du développement des organoïdes cardiaques (Epicardioïdes)
Alessandra Moretti / TUM
Le cœur humain commence à se former environ trois semaines après la conception. La phase précoce du développement du cœur se situe donc à un moment où les femmes ne sont souvent pas encore conscientes de leur grossesse. C'est l'une des raisons pour lesquelles nous connaissons encore mal de nombreux détails de la formation du cœur. Les résultats des études animales ne sont pas entièrement transposables à l'homme. Un organoïde mis au point à la TUM pourrait s'avérer utile aux chercheurs.
Une boule de 35 000 cellules
L'équipe d'Alessandra Moretti, professeur de médecine régénérative dans le domaine des maladies cardiovasculaires, a mis au point une méthode pour fabriquer une sorte de "mini-cœur" à l'aide de cellules souches pluripotentes. Environ 35 000 cellules sont transformées en sphère dans une centrifugeuse. Pendant plusieurs semaines, différentes molécules de signalisation sont ajoutées à la culture cellulaire selon un protocole fixe. "De cette manière, nous imitons les voies de signalisation du corps qui contrôlent le programme de développement du cœur", explique Alessandra Moretti. Le groupe vient de publier ses travaux dans la revue Nature Biotechnology.
Les premiers "épicardioïdes" de l'histoire
Les organoïdes obtenus mesurent environ un demi-millimètre de diamètre. Bien qu'ils ne pompent pas le sang, ils peuvent être stimulés électriquement et sont capables de se contracter comme des cavités cardiaques humaines. Le professeur Moretti et son équipe sont les premiers chercheurs au monde à avoir réussi à créer un organoïde contenant à la fois des cellules du muscle cardiaque (cardiomyocytes) et des cellules de la couche externe de la paroi cardiaque (épicarde). Dans la jeune histoire des organoïdes cardiaques - les premiers ont été décrits en 2021 - les chercheurs n'avaient auparavant créé que des organoïdes contenant des cardiomyocytes et des cellules de la couche interne de la paroi cardiaque. (endocarde).
"Pour comprendre la formation du cœur, les cellules de l'épicarde sont décisives", explique le Dr Anna Meier, premier auteur de l'étude. "D'autres types de cellules dans le cœur, par exemple dans les tissus de connexion et les vaisseaux sanguins, sont formés à partir de ces cellules. L'épicarde joue également un rôle très important dans la formation des cavités cardiaques." L'équipe a judicieusement baptisé les nouveaux organoïdes "épicardioïdes".
Découverte d'un nouveau type de cellule
Outre la méthode de production des organoïdes, l'équipe a fait part de ses premières découvertes. L'analyse de cellules individuelles a permis de déterminer que des cellules précurseurs d'un type récemment découvert chez la souris se forment vers le septième jour du développement de l'organoïde. L'épicarde est formé à partir de ces cellules. "Nous supposons que ces cellules existent également dans le corps humain, ne serait-ce que pendant quelques jours", déclare le professeur Moretti.
Ces connaissances pourraient également permettre de comprendre pourquoi le cœur du fœtus est capable de s'autoréparer, une capacité presque totalement absente du cœur d'un être humain adulte. Ces connaissances pourraient aider à trouver de nouvelles méthodes de traitement pour les crises cardiaques et d'autres pathologies.
Production d'"organoïdes personnalisés
L'équipe a également montré que les organoïdes peuvent être utilisés pour étudier les maladies de patients individuels. En utilisant des cellules souches pluripotentes provenant d'un patient atteint du syndrome de Noonan, les chercheurs ont produit des organoïdes qui reproduisaient les caractéristiques de la maladie dans une boîte de Pétri. Au cours des prochains mois, l'équipe prévoit d'utiliser des organoïdes personnalisés comparables pour étudier d'autres malformations cardiaques congénitales.
Grâce à la possibilité d'émuler des pathologies cardiaques dans des organoïdes, des médicaments pourraient être testés directement sur ces derniers à l'avenir. "Il est concevable que de tels tests puissent réduire le besoin d'expériences sur les animaux lors du développement de médicaments", déclare Alessandra Moretti.
La recherche sur les organoïdes est un domaine de recherche clé à la TUM
Les chercheurs ont déposé un brevet international pour le processus de création d'organoïdes cardiaques. Le modèle Epicardioïde est l'un des nombreux projets d'organoïdes de la TUM. Au Centre pour les systèmes d'organoïdes, des groupes de travail issus de différents départements et chaires collaboreront. Ils mèneront des recherches interdisciplinaires sur les organoïdes de pancréas, de cerveau et de cœur avec une imagerie et une analyse cellulaire de pointe pour étudier la formation des organes, le cancer et les maladies neurodégénératives et réaliser des progrès pour la médecine avec des systèmes humains en 3D.
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.
Publication originale
Meier et al. "Epicardioid single-cell genomics uncovers principles of human epicardium biology in heart development and disease", Nature Biotechnology (2023).
Zawada et al. "Retinoic acid signaling modulation guides in vitro specification of human heart field-specific progenitor pools". Nature Communications (2023).
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