La création d’un embryon à partir de cellules autres que les spermatozoïdes et les ovules, puis leur croissance en dehors de l’utérus est un domaine d’étude qui s’est considérablement développé au cours des 5 dernières années. Combien de temps avant de débloquer la « boîte noire » de l’embryologie humaine ?
Ce mois-ci, des chercheurs ont annoncé qu’ils cultivaient un modèle d’embryon de souris entièrement constitué de cellules souches embryonnaires et sans l’utilisation d’un spermatozoïde et d’un ovule, ou d’un utérus, pendant 8,5 jours, soit environ 2 jours de plus que expériences précédentes avait atteint.
L’analyse génétique a révélé que les structures et l’activité cellulaire de ces modèles d’embryons étaient similaires à 95 % à celles de vrais embryons de souris et fonctionnelles. Cela suggère que ces modèles étaient suffisamment similaires aux embryons naturels pour pouvoir être étudiés afin de mieux comprendre leur fonctionnement.
La recherche sur les souris et les embryons humains peut offrir un aperçu des mécanismes qui leur permettent de se diviser, de s’implanter et de se développer. Cependant, le fait de pouvoir les construire à partir de zéro aide les chercheurs à contourner les expériences potentiellement coûteuses et contraires à l’éthique sur les embryons et les aide également à vérifier si les hypothèses sur leur fonctionnement sont correctes.
Un article récemment publié dans Cellule décrit les réalisations des chercheurs dans Chez le professeur Jacob Hanna laboratoire de l’Institut Weizmann des Sciences à Rehovot, Israël.
Il s’agit de la dernière étape d’une longue série d’étapes progressives ces dernières années pour créer un embryon à partir de rien en laboratoire.
L’équipe du professeur Hanna avait déjà publié les détails d’une partie particulièrement importante du puzzle l’année dernière dans La naturelorsqu’ils ont décrit le processus qu’ils avaient utilisé pour développer des modèles d’embryons en dehors d’un utérus.
Le système qu’ils ont développé utilise des bouteilles remplies de liquides qui agissent comme une culture pour les cellules, qui peuvent tourner ou rester statiques à différents stades de développement.
Dans un courriel à Nouvelles médicales aujourd’huile professeur Hanna a déclaré : « Puisque nous savons ce qu’il faut pour soutenir la croissance de [natural mouse embryos] en dehors de l’utérus (dispositif et conditions), on peut enfin tester si et quelles cellules souches peuvent générer un embryon ab initio [from the start] uniquement à partir de cellules souches.
« Nous ne pouvions pas faire cela avant parce que comment allez-vous faire pousser un embryon synthétique si vous ne savez pas comment faire pousser un embryon naturel ? Bas et voici en effet, le même appareil, les mêmes conditions de milieu et les mêmes paramètres ont permis des agrégats de 27 cellules de
cellules souches pluripotentes pour atteindre des embryons au stade de 8,5 jours lorsqu’ils sont placés dans cet appareil après 8 jours.– Prof. Jacob Hanna
« L’appareil et les médias étaient critiques. Ces embryons sont des embryons entiers — ils ont [a] sac vitellin et placenta. Mais remarquablement, nous n’avons pas utilisé de cellules souches placentaires ni de cellules souches du sac vitellin, mais avons montré que tout peut être fabriqué exclusivement à partir de lignées de cellules souches embryonnaires pluripotentes naïves ou induites qui sont régulièrement développées dans des laboratoires du monde entier », a-t-il expliqué.
C’était remarquable parce que
Cependant, le taux d’échec dans cette dernière série d’expériences était élevé, avec seulement 50 de ces 10 000 mélanges de cellules se formant d’abord en sphères, puis en structures plus en forme d’œuf comme un embryon.
Non seulement ces modèles d’embryons ont commencé à produire les structures qui soutiendraient une grossesse, mais à la fin des 8,5 jours de croissance, ils avaient formé un cœur battant, une circulation des cellules souches sanguines, une région de la tête avec des plis, un système nerveux tube et les débuts d’un tube digestif.
La même semaine, cet article est paru dans Cellulele laboratoire de l’Université de Cambridge Prof. Magdalena Zernicka-Goetz publié deux articles sur un serveur de prépublication : partagé ici et ici. En fait, l’équipe du professeur Zernicka-Goetz a partagé ce dernier le jour même de la Cellule étude a été publiée.
Cet article décrit comment les chercheurs du laboratoire de Cambridge ont observé que des structures d’organes similaires commençaient à se former dans leurs propres recherches à l’aide de modèles d’embryons.
Le professeur Zernicka-Goetz a déclaré MNT dans une interview que ces articles paraîtraient dans des revues à comité de lecture dans les semaines à venir et que leurs versions finales étaient actuellement sous embargo.
« Donc c’est [a] pas à pas [process] […] notre article va montrer encore plus de développements », nous a-t-elle dit.
Cette dernière découverte s’appuie sur les travaux antérieurs d’autres laboratoires et équipes, à la fois ceux du professeur Zernicka-Goetz et d’autres, a déclaré Pr David Gloverson mari.
profs. Glover et Zernicka-Goetz ont des équipes à Cambridge et CalTech. Ils ont mené des recherches ensemble et figurent en tant que co-auteurs sur l’un des articles qui doit être publié prochainement.
Il a dit MNT dans une interview : « Je pense qu’il faut retourner chez Magda papier publié en 2017, [whose] l’auteur principal était Sarah Harrissonqui établit le principe de pouvoir fabriquer une structure ressemblant à un embryon en utilisant un mélange de cellules extra-embryonnaires et de cellules embryonnaires.
Être capable de produire des modèles d’embryons qui présentent le début du développement de ces tissus est si important car ils aident à initier la signalisation qui aide le modèle d’embryon à se développer et à s’auto-assembler comme le ferait un embryon se développant naturellement, a noté le professeur Glover.
« Le fait est que, parce que nos propres embryons se développent à l’intérieur de l’utérus, ils ont besoin de tissus extra-embryonnaires pour se développer correctement. Et ces tissus extra-embryonnaires ont deux fonctions. Ils fournissent, bien sûr, une base structurelle, ils fournissent un sac vitellin, [and] ils fournissent le placenta », a-t-il expliqué.
« Mais avant d’arriver à ce stade, ils fournissent également des signaux à l’embryon pour lui dire comment se développer correctement. Et si vous n’avez pas ces signaux là-bas, alors l’embryon ne se développe pas correctement », a ajouté le chercheur.
Ces modèles particuliers ne sont qu’un type de modèle d’embryon en cours de développement, a déclaré le professeur Glover.
Les chercheurs ont également développé d’autres modèles, tels que
Dr Nicholas Rivron laboratoire de l’Institut de biotechnologie moléculaire de l’Académie autrichienne des sciences, Vienne, Autriche, a travaillé sur le développement de modèles d’embryons pour mieux comprendre l’étape de pré-implantation.
Son groupe a publié un article clé en 2018 dans
Puis, en décembre 2021, la même équipe a publié un autre article dans
Parlant à MNTle Dr Rivron a déclaré: «Pour les prochaines étapes de l’enquête, nous devons réellement comprendre comment ces embryons peuvent être combinés avec les cellules utérines afin de comprendre les processus d’implantation dans l’utérus et comment cela peut développer nos connaissances pour résoudre divers santé les défis de la planification familiale, la baisse de la fécondité, aussi l’origine des maladies.
Alors que les modèles d’embryons décrits dans le dernier article ont démontré qu’ils s’étaient auto-organisés pour former certaines structures qui formeraient le placenta, ces modèles d’embryons étaient limités par la quantité de croissance qu’ils pouvaient faire sans eux, a déclaré le Dr Rivron.
« La limitation est le placenta – le placenta est extrêmement important », a-t-il noté, car il fournit à l’embryon les nutriments et l’oxygène qui sont essentiels à sa croissance et à son développement.
Le dernier article a également confirmé que les toutes premières étapes du développement des organes, connues sous le nom d’organogenèse, pouvaient être observées dans ces embryons modèles.
Cela a généralement été difficile à observer, car cela se produit généralement dans l’utérus. Cependant, en établissant un processus pour développer ces modèles d’embryons en laboratoire, la différenciation des cellules, le contrôle génétique de cette différenciation et l’environnement nécessaire au développement typique peuvent tous être étudiés.
Le dernier article a utilisé des cellules souches embryonnaires de souris pour développer les embryons modèles, ce qui nécessitera une approbation éthique. En revanche, la recherche sur les embryons humains est largement réglementée.
Les lignes directrices de ce règlement sont publiées par le Société internationale de recherche sur les cellules souches (ISSCR) environ tous les 5 ans, la dernière série de lignes directrices ayant été publiée l’année dernière. Ces orientations traitaient de l’existence de modèles d’embryons dérivés de cellules souches et de la possibilité de modèles d’embryons chimériques construits à l’aide de cellules de différentes espèces aux côtés de cellules humaines.
Bien qu’il puisse s’avérer techniquement possible de cultiver des organes à l’aide de modèles d’embryons, le Dr Rivron a souligné que cela n’était peut-être pas nécessaire ou, en fait, souhaitable sur le plan éthique.
Il a plutôt souligné le développement d’organoïdes, des modèles de tissus d’organes dérivés de cellules souches qui peuvent être utilisés pour étudier le comportement cellulaire, et peut-être aussi le développement des organes.
En fait, un article décrivant comment des chercheurs de l’Université de Harvard avaient modifié les structures du cœur humain par la bio-ingénierie est paru dans La science dans la même semaine que le dernier article sur les modèles d’embryons.
Le Dr Rivron a contribué à la dernière série de lignes directrices de l’ISSCR et a déclaré MNT: « Si vous voulez étudier l’organogenèse ou créer des organes, le principe politique est qu’il faut utiliser, moralement, la manière la moins problématique de les étudier », et les organoïdes offrent un moyen de le faire.
Le développement d’organoïdes et de modèles d’embryons a fait des pas de géant au cours des 5 dernières années, et leur base, de nouvelles approches génomiques que nous pouvons utiliser pour comprendre et recréer des structures de mammifères, sont similaires.
Il sera intéressant de voir comment les disciplines convergent dans les années à venir, pour nous donner un ensemble d’outils encore plus grand pour déverrouiller la «boîte noire» de notre développement.
