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Traditionnellement, les chercheurs créent des cellules souches soit en plaçant un embryon dans un plat, soit en utilisant des molécules présentes dans les cellules pluripotentes pour reprogrammer des cellules différenciées et créer des cellules pluripotentes induites. Cette nouvelle étude explore d’autres possibilités.
Les chercheurs de l’Université de Copenhague ont utilisé un modèle de souris pour découvrir un chemin alternatif que certaines cellules suivent pour construire des organes et ont utilisé cette information pour exploiter un nouveau type de cellules souches comme source possible d’organes dans un plat.
Imaginez que vous puissiez restaurer les tissus endommagés d’un organe. Comme les cellules souches ont l’incroyable capacité de créer les cellules d’organes tels que le foie, le pancréas et l’intestin, c’est ce que la recherche sur les cellules souches vise à faire.
Depuis de nombreuses années, les chercheurs s’efforcent de reproduire le processus par lequel les cellules souches embryonnaires se développent en organes et autres parties du corps. Cependant, malgré plusieurs tentatives, il s’est avéré incroyablement difficile de faire mûrir correctement des cellules cultivées en laboratoire. Cependant, une recherche récente de l’Université de Copenhague révèle qu’ils pourraient avoir manqué une étape cruciale et peut-être un autre type de cellule souche.
“En termes très simples, un certain nombre d’études récentes ont tenté de fabriquer un intestin à partir de cellules souches dans un plat. Nous avons trouvé une nouvelle façon de le faire, une façon qui suit différents aspects de ce qui se passe dans l’embryon. Ici, nous avons trouvé une nouvelle voie que l’embryon emprunte, et nous décrivons l’étape intermédiaire que différents types de cellules souches pourraient utiliser pour fabriquer l’intestin et d’autres organes”, explique le doctorant Martin Proks, l’un des principaux auteurs de l’étude du Novo Nordisk Foundation Center for Stem Cell Medicine de l’université de Copenhague (reNEW).
L’étude s’est concentrée sur les cellules souches pluripotentes et les cellules souches endodermiques extra-embryonnaires. Les cellules endodermiques extra-embryonnaires constituent une nouvelle lignée de cellules souches identifiée par la même équipe de recherche il y a quelques années. Elles aident les organes gastro-intestinaux en jouant le rôle de cellules de soutien clés qui fournissent des membranes, de la nourriture pour les membranes et d’autres fonctions.
Le chef de groupe et professeur Joshua Brickman de reNEW explique :
“Nous avons identifié une voie alternative que les cellules dites extra-embryonnaires peuvent utiliser pour fabriquer des organes intestinaux dans l’embryon. Nous avons ensuite pris nos cellules souches endodermiques extra-embryonnaires et les avons développées en structures ressemblant à des organes intestinaux dans la boîte.”
“Mais jusqu’à un passé très récent, les gens supposaient que ces cellules aidaient l’embryon à se développer, puis qu’elles disparaissaient. Qu’elles n’ont rien à voir avec votre corps. Dans cet article, nous avons découvert que si nous dirigions ces cellules de soutien par cette nouvelle voie alternative, elles formeraient en fait des structures organoïdes”, explique Joshua Brickman à propos de ces découvertes, qui ont été publiées dans le journal Nature Cell Biology.
Les cellules cultivées en laboratoire pourraient être améliorées
Les chercheurs ont identifié toutes les cellules candidates à la formation d’organes associés au tube digestif, comme le foie, le pancréas, le poumon et l’intestin, en les étiquetant avec un marqueur génétique. Ces données volumineuses sont difficiles à analyser et ont nécessité de nouvelles approches d’analyse innovantes qui ont été développées en collaboration avec des spécialistes de la physique de l’Institut Niels Bohr.
“Nous avons ensuite identifié les gènes utilisés dans ces cellules. Pour faciliter ce travail, nous avons mis au point un nouvel outil informatique permettant de comparer des groupes de cellules et l’avons utilisé à la fois pour comparer les cellules de notre propre ensemble de données et pour en examiner d’autres”, explique le professeur associé Ala Trusina de l’Institut Niels Bohr.
Afin de déterminer si la voie alternative permet de développer des types de cellules d’organes en laboratoire, les chercheurs ont utilisé un autre type de cellules souches. Ces cellules souches, décrites plus haut dans l’article, proviennent d’une autre partie de l’embryon que les cellules souches pluripotentes, et elles ressemblent au point de départ de la deuxième voie, ou voie alternative, de formation des organes.
“Nous avons ensuite utilisé ces cellules souches pour générer des structures semblables à des organes intestinaux dans un plat. Les résultats suggèrent que les deux voies pourraient fonctionner. L’utilisation de la voie alternative pourrait aider les cellules cultivées en laboratoire à former des cellules fonctionnelles et à traiter et étudier les maladies”, explique Michaela Rothova, l’un des autres principaux auteurs de l’étude.
Cette découverte pourrait s’avérer importante, car les scientifiques tentent depuis longtemps de déchiffrer le code permettant de transformer les cellules souches en cellules correctes nécessaires à un traitement spécifique, de tester des médicaments ou de modéliser une maladie.
“NousNous n’y sommes pas encore parvenus en termes de fonction, et nous avons des problèmes de maturation de ces cellules. Peut-être pouvons-nous résoudre certains de ces problèmes en essayant cette voie alternative ou en combinant cette voie alternative avec la voie traditionnelle”, conclut Joshua Brickman à reNEW.
Référence : “Identification of the central intermediate in the extra-embryonic to embryonic endoderm transition through single-cell transcriptomics” par Michaela Mrugala Rothová, Alexander Valentin Nielsen, Martin Proks, Yan Fung Wong, Alba Redo Riveiro, Madeleine Linneberg-Agerholm, Eyal David, Ido Amit, Ala Trusina, et Joshua Mark Brickman, 9 juin 2022, Nature Cell Biology.
DOI: 10.1038/s41556-022-00923-x
