Série de blogs en collaboration avec le 3RCC Partie 6: Percer les secrets de la croissance: les cellules souches dispersées radialement révolutionnent le développement des organoïdes

Des chercheurs du monde entier étudient des techniques innovantes d’analyse tissulaire afin d’approfondir notre compréhension des maladies et d’accélérer la mise au point de nouveaux traitements. Ces recherches visent également à réduire et à remplacer l’utilisation d’animaux dans les expériences. Une approche prometteuse s’est imposée: elle consiste à utiliser des cellules souches dont la capacité à se différencier en divers types de cellules spécialisées est unique. Ces cellules constituent des éléments fondamentaux dans l’organisme, car elles sont capables de se transformer en cellules de tous types, des cellules musculaires aux neurones. Cette polyvalence permet aux chercheurs d’étudier le développement et la fonction de tissus spécifiques, offrant ainsi de nouvelles perspectives sur les mécanismes pathologiques et les applications thérapeutiques potentielles. En exploitant ce potentiel, les scientifiques peuvent également créer des mini-organes, appelés organoïdes, qui imitent fidèlement les maladies et les tissus humains et constituent un outil précieux et éthique pour faire progresser la recherche et la médecine.     

Une façon courante de cultiver des cellules souches est de les placer dans des petites gouttes d’un gel tridimensionnel. Cependant, cette méthode pose un problème de taille: les nutriments ne peuvent pas atteindre facilement le centre de la goutte de gel, ce qui provoque la mort des cellules intermédiaires et limite la possibilité d’utiliser des mini-organes dérivés de cellules souches pour de longues études ou pour créer des structures organiques plus complexes. À mesure que les organoïdes se développent, leurs besoins énergétiques en nutriments et en oxygène augmentent. Les méthodes actuelles peuvent soutenir leur croissance uniquement pendant une dizaine de jours, ce qui nécessite une dissociation et une redistribution fréquentes des cellules pour poursuivre la croissance. Ces étapes empêchent la formation d’organoïdes plus matures indispensables à l’étude du développement des organes et à la réalisation de sélections de médicaments à grande échelle. Pour résoudre ce problème, Sunghee Estelle Park et ses collègues du groupe de recherche de Dan Huh,  du département de bio-ingénierie de l’université de Pennsylvanie, ont développé une nouvelle méthode pour mieux distribuer les nutriments jusqu’aux cellules.

Dans une étude novatrice publiée dans Nature Methods, ils ont démontré que la dispersion radiale d’organoïdes intestinaux dérivés de cellules de souris sur un dispositif en forme de disque, appelé OCTOPUS (Organoid Culture-based Three-dimensional Organogenesis Platform with Unrestricted Supply of soluble signals), permettait aux organoïdes d’accéder plus efficacement aux nutriments et à l’oxygène et, par conséquent, de maintenir leur croissance jusqu’à 21 jours. Cette méthode a permis de créer des organoïdes plus cohérents et a favorisé le développement de structures semblables à celles trouvées dans l’intestin grêle.

Les chercheurs ont ensuite reproduit leur expérience en utilisant des cellules de l’intestin humain adulte et ont découvert que le nouveau système était très efficace pour le développement des entérocytes, cellules responsables de l’absorption des nutriments. Cette découverte est importante car les méthodes traditionnelles tendent à favoriser la croissance des cellules impliquées dans la sécrétion plutôt que dans l’absorption. La capacité du système OCTOPUS à créer ces entérocytes plus efficaces le rend utile pour le développement de modèles humains de l’intestin grêle. Les chercheurs ont également utilisé des cellules d’enfants atteints de la maladie de Crohn (un type de pathologie inflammatoire de l’intestin) pour étudier cette maladie en laboratoire. Ils ont réussi à reproduire les principales caractéristiques de la maladie, comme les lésions tissulaires et l’inflammation, ce qui aide à comprendre et à rechercher des traitements pour le syndrome du côlon irritable.

Grâce à OCTOPUS, Sunghee Estelle Park et ses collègues ont développé une nouvelle méthode permettant de faciliter les cultures organoïdes à long terme avec des caractéristiques fonctionnelles et physiologiques pertinentes pour l’intestin grêle. Cette approche innovante pourrait être adaptée au développement d’autres systèmes organoïdes, ce qui nous permettrait de mieux comprendre divers tissus et maladies. En outre, elle promet de révolutionner le développement de médicaments et la médecine régénératrice.

Auteurs: Christopher Cederroth, Jessica Lampe et Robbie I’Anson Price, Swiss 3R Competence Centre 

Référence:  Park, S.E., Kang, S., Paek, J. et al. (2022) Geometric engineering of organoid culture for enhanced organogenesis in a dish.Nat Methods 19, 1449–1460. https://doi.org/10.1038/s41592-022-01643-8