Deux semaines seulement après avoir annoncé le développement d’un modèle d’embryon de souris, avec des cœurs battants et les fondations d’un cerveau et d’autres organes, à partir de cellules souches de souris, les chercheurs du laboratoire de Magdalena Zernicka-Goetz, professeur Bren de biologie et de génie biologique, ont publié de nouvelles découvertes sur un autre modèle d’embryon de souris atteignant des stades de développement similaires, mais créé uniquement à partir de cellules souches embryonnaires de souris. Cette modification a simplifié le protocole et facilite l’adoption du modèle d’embryon dans d’autres laboratoires.
La nouvelle étude paraît dans la revue Cellule Cellule Souches le 8 septembre. La recherche a été dirigée par les étudiants diplômés Kasey Lau et Hernan Rubinstein de l’Université de Cambridge et de l’Institut Weizmann des sciences, respectivement.
« Cette découverte ouvre de nouvelles voies pour comprendre pourquoi la grande majorité des grossesses humaines sont perdues et pour créer des connaissances qui empêcheront que cela ne se produise », déclare Zernicka-Goetz, qui est également professeur de développement des mammifères et de biologie des cellules souches à l’Université de Cambridge. au Département de physiologie, développement et neurosciences. « Ces connaissances nous permettront également, avec le temps, de réparer les tissus et les organes beaucoup plus efficacement que nous ne pouvons le faire actuellement. »
Vidéo montrant les mouvements de battement des régions cardiaques en développement dans un embryon de souris dérivé de cellules souches au jour 8. Crédit : Kasey Lau pour le laboratoire Zernicka-Goetz
« Au fur et à mesure que nous développerons ces modèles, nous en apprendrons davantage sur les signaux qui initient et guident le développement des organes, ce qui nous donnera des pistes pour aider à générer des organes en culture qui trouveront finalement une application en chirurgie de transplantation ou en médecine régénérative », elle explique.
Dans un article publié dans la revue La nature le 25 août, l’équipe a détaillé comment développer un modèle d’embryon de souris à partir de cellules souches embryonnaires et extra-embryonnaires de souris. Au lieu de créer des embryons de souris par la méthode biologique naturelle consistant à combiner l’ovule et le sperme, l’équipe a guidé trois populations de cellules souches cultivées pour qu’elles interagissent, induisant l’expression de certains gènes et établissant un environnement permettant aux cellules de « parler » entre elles. En conséquence, les cellules souches se sont auto-organisées en structures qui ont ensuite progressé à travers des stades de développement successifs jusqu’à ce que le modèle d’embryon de souris ait des cœurs battants et les fondations d’un cerveau et de tous les autres organes, en plus du sac vitellin et qui facilitent les gaz et les nutriments. échanges entre l’embryon et la mère. Il s’agit du stade de développement le plus avancé atteint à ce jour dans un modèle dérivé de cellules souches.
Naturellement, dans les premiers jours après la fécondation, trois grands types de tissus se développent dans l’embryon précoce de la souris : l’un deviendra éventuellement les tissus du corps et les deux autres soutiendront le développement de l’embryon. L’un de ces deux derniers types, connu sous le nom de trophectoderme, deviendra le placenta, qui relie le fœtus à la mère et fournit de l’oxygène et des nutriments. L’autre, connu sous le nom d’endoderme primitif, donnera naissance au sac vitellin, où l’embryon se développe et à partir duquel il reçoit des nutriments au début de son développement.
Trois types de cellules souches peuvent être dérivées de chacun de ces trois tissus de l’embryon de souris et cultivées indéfiniment en laboratoire.
S’appuyant sur les recherches précédentes, le modèle d’embryon de souris rapporté dans le nouvel article n’est constitué que d’un seul type de cellules souches cultivées : les cellules souches embryonnaires (CSE). Les CSE non traitées deviennent le corps de l’embryon. Une autre lignée ESC est persuadée par les chercheurs de devenir comme des cellules souches endodermiques extra-embryonnaires, qui fournissent un ensemble de signaux de développement. L’équipe pilote également une troisième ligne ESC pour devenir comme des cellules souches trophoblastiques, qui fournissent un deuxième ensemble de signaux de développement. Ainsi, l’équipe est capable de reconstituer les trois principaux tissus de l’embryon de souris en développement en commençant uniquement par les CSE. Cela a simplifié le protocole tout en préservant les événements de signalisation importants entre les trois tissus, qui sont essentiels à la construction du plan corporel de l’embryon.
« Sur les trois types de cellules souches, seules les ESC sont pluripotentes, c’est-à-dire que seules les ESC ont le potentiel de se développer dans n’importe quel tissu du corps », explique Zernicka-Goetz. « Mais pour ce faire, ils ont besoin des deux autres types de cellules souches extra-embryonnaires. Les CSE peuvent être dirigées pour devenir ces deux autres types de cellules extra-embryonnaires. De cette façon, nous nous retrouvons avec trois types de cellules de départ, tous générés à partir du ligne ESC unique. »
Kasey YC Lau et al, le modèle d’embryon de souris dérivé exclusivement de cellules souches embryonnaires subit une neurulation et un développement cardiaque, Cellule Cellule Souches (2022). DOI : 10.1016/j.stem.2022.08.013