Des cœurs miniatures pour la recherche
Remplacer l'expérimentation animale : une équipe de chercheurs a réussi à produire pour la première fois un organoïde cardiaque hématopoïétique
Comment les organes humains se développent-ils et que deviennent-ils lorsqu'ils sont malades ? Pour répondre à ces questions, les chercheurs s'intéressent de plus en plus à ce que l'on appelle les organoïdes. Ces mini-organes, d'une taille de quelques millimètres, sont constitués de groupes de cellules cultivées en laboratoire et capables de former des structures semblables à celles d'un organe. À l'instar du développement embryonnaire, les organoïdes permettent d'étudier l'interaction des cellules dans un espace tridimensionnel, par exemple dans les processus métaboliques ou les mécanismes pathologiques.
La production d'organoïdes est délicate : les nutriments, facteurs de croissance et molécules de signalisation nécessaires doivent être ajoutés dans un ordre et à des moments précis, selon un calendrier précis. En 2021, l'équipe de recherche dirigée par le Dr Robert Zweigerdt, biologiste cellulaire aux Laboratoires de recherche Leibniz pour la biotechnologie et les organes artificiels (LEBAO) de la Faculté de médecine de Hanovre (MHH), a réussi pour la première fois à produire un organoïde cardiaque (HFO) et à reproduire l'ensemble du parcours menant au stade précoce d'un cœur humain dans une culture cellulaire.
L'un des problèmes scientifiques non résolus à ce jour est le développement d'un modèle qui simule à la fois le développement du cœur et l'hématopoïèse. Chez l'embryon humain, l'hématopoïèse commence après la quatrième semaine dans l'aorte, à un moment et à un endroit proches de l'anlage cardiaque. En se basant sur leur modèle d'organoïde cardiaque, les chercheurs ont ajouté progressivement des facteurs spéciaux et ont ainsi créé un nouvel organoïde cardiaque générant du sang (HFO générant du sang, BG-HFO).
Développement des tissus comme dans un embryon
Les mini-cœurs sont créés à partir de cellules souches pluripotentes humaines (hPSC). Ces cellules ont des propriétés particulières : elles peuvent être multipliées indéfiniment en culture et former n'importe quel type de cellule. À l'aide de signaux biologiques ou chimiques intégrés dans une matrice d'hydrogel, les CSPh peuvent être contrôlées de telle sorte que des agrégats cellulaires tridimensionnels se transforment en organoïdes cardiaques en dix à quatorze jours. Il ne s'agit pas d'amas de cellules musculaires cardiaques, mais de structures complexes composées d'au moins sept types de cellules et de tissus différents et clairement structurés.
Comme dans le développement embryonnaire naturel, le mini-cœur artificiel se compose de trois couches en forme de coupe et comprend l'anlagen du cœur, les précurseurs du foie et des poumons et les vaisseaux sanguins.
Nous avons maintenant adapté notre protocole de différenciation, c'est-à-dire nos instructions expérimentales spéciales, et ajouté une couche endothéliale dense à l'organoïde cardiaque, qui tapisse les vaisseaux sanguins et d'où émergent les cellules hématopoïétiques et les cellules progénitrices", explique le Dr Miriana Dardano, premier auteur de l'étude scientifique. Il s'agit du premier modèle d'organe humain de ce type qui combine tous les tissus en fonction de leur développement dans l'embryon", ajoute la biologiste spécialiste des cellules souches.
Aussi flexible qu'un kit de construction
Notre étude permet désormais à d'autres chercheurs d'étudier en culture cellulaire comment se déroule l'interaction inter-tissulaire dans l'hématopoïèse", souligne le Dr Lika Drakhlis, co-directrice du travail de recherche. Cependant, les nouvelles découvertes ne présentent pas seulement un intérêt scientifique pour l'élucidation du développement d'organes sains et de l'hématopoïèse. L'organoïde cardiaque hématopoïétique élargi pourrait également servir de modèle pour des maladies telles que le COVID-19, qui attaque le cœur et les vaisseaux sanguins ainsi que les poumons. Les infections par d'autres virus ou bactéries, le cancer ou les malformations causées par des défauts génétiques pourraient également être étudiés dans la boîte de culture cellulaire afin de mieux comprendre et traiter les maladies cardiovasculaires. Les organoïdes conviennent également pour tester des agents pharmacologiques. Dans certains cas, cela fonctionne même mieux que les modèles animaux, par exemple, parce que ceux-ci sont soumis à d'autres influences biologiques et que les résultats ne peuvent être transférés à l'homme que dans une certaine mesure", explique le scientifique.
Et comme leur principe de production d'organoïdes est aussi flexible qu'un kit de construction, les chercheurs du LEBAO ne s'arrêtent pas au cœur et au sang. Ils travaillent déjà sur un nouveau protocole de différenciation qui convertit les cellules de départ hPSC en cellules d'autres organes, afin que d'autres modèles d'organoïdes multi-tissus soient disponibles à l'avenir pour la recherche médicale.
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
Miriana Dardano, Felix Kleemiß, Maike Kosanke, Dorina Lang, Liam Wilson, Annika Franke, Jana Teske, Akshatha Shivaraj, Jeanne de la Roche, Martin Fischer, Lucas Lange, Axel Schambach, Lika Drakhlis, Robert Zweigerdt; "Blood-generating heart-forming organoids recapitulate co-development of the human haematopoietic system and the embryonic heart"; Nature Cell Biology, Volume 26, 2024-10-8
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