Les chercheurs du RIKEN ont imité la formation d’organes en laboratoire en « piratant » certaines voies de signalisation qui guident le développement des tissus conjonctifs dans l’embryon, qui soutiennent la formation du foie, de l’intestin et d’autres organes. En plus de faire la lumière sur le développement des organes, cela pourrait éventuellement permettre aux médecins de proposer des traitements adaptés à chaque patient.
Les organes viscéraux sont principalement formés de cellules épithéliales embryonnaires, des cellules qui tapissent les surfaces du corps. Mais des recherches récentes ont révélé que ce processus implique une communication étroite avec les cellules mésenchymateuses qui donnent finalement naissance au système circulatoire, au squelette et à divers tissus conjonctifs.
« Les cellules de niche mésenchymateuses maintiennent les cellules souches épithéliales, et la structure du tissu mésenchymateux influence le destin des cellules épithéliales », explique Mitsuru Morimoto du RIKEN Center for Biosystems Dynamics Research. Cela suggère que les cellules mésenchymateuses dans diverses régions de l’embryon fournissent des ensembles distincts d’instructions aux cellules épithéliales, qui donnent naissance à différents organes.
En 2020, une équipe dirigée par Aaron Zorn du Cincinnati Children’s Hospital a systématiquement analysé l’expression des gènes dans l’intestin en développement avec une résolution unicellulaire. Ils ont trouvé des voies de signalisation spécifiques qui sont actives au début du développement embryonnaire et qui, à leur tour, donnent naissance à des lignées mésenchymateuses associées à différents organes du corps.
Maintenant, en tirant parti de ces connaissances, Morimoto et Zorn ont développé un protocole de laboratoire qui active sélectivement ces voies pour convertir les cellules souches humaines en ces diverses lignées mésenchymateuses. Grâce à cette approche, ils ont pu générer des sous-types mésenchymateux qui aident à donner naissance au foie, au tractus gastro-intestinal ou aux tissus respiratoires après seulement une semaine de culture cellulaire.
Keishi Kishimoto, un chercheur du groupe de Morimoto qui a récemment rejoint le laboratoire de Zorn, est enthousiaste à l’idée d’appliquer cette approche dans le contexte de la médecine régénérative. « Nous pouvons générer des modèles de maladies congénitales humaines en laboratoire en utilisant ce protocole avec des cellules souches dérivées de patients », dit-il.
L’hôpital pour enfants de Cincinnati est un centre majeur de recherche sur les organoïdes – des modèles de culture cellulaire 3D qui reflètent étroitement les principales caractéristiques structurelles et fonctionnelles d’organes complexes – et Kishimoto envisage d’utiliser de tels systèmes pour comprendre comment diverses mutations génétiques font dérailler les processus de développement.
Pour commencer, lui et Morimoto examineront la fistule trachéo-œsophagienne, une maladie rare dans laquelle l’œsophage et la trachée sont fusionnés, créant des problèmes respiratoires potentiellement graves. « Nous allons générer des organoïdes de fistule trachéo-œsophagienne en laboratoire en créant un organoïde de l’intestin antérieur et en induisant simultanément la trachée d’un côté et l’œsophage de l’autre », explique Morimoto.
L’article est publié dans la revue Protocoles Nature.
Plus d’information:
Keishi Kishimoto et al, Différenciation dirigée des cellules souches pluripotentes humaines en divers mésenchymes spécifiques aux organes des systèmes digestif et respiratoire, Protocoles Nature (2022). DOI : 10.1038/s41596-022-00733-3