Ce que révèlent les organoïdes du liquide amniotique sur les embryons

À mesure que le fœtus grandit dans l’utérus, il libère des cellules dans le liquide amniotique qui l’entoure. Il s’avère maintenant que ces cellules peuvent être utilisées pour cultiver des organoïdes qui possèdent certaines des propriétés les plus importantes des organes humains – en l’occurrence, les reins, l’intestin grêle et les poumons du petit être humain. Les structures tridimensionnelles pourraient fournir aux médecins plus d’informations sur le développement des organes, améliorant ainsi potentiellement le diagnostic prénatal de maladies telles que le spina bifida.

Publicité

Le Projet de recherche de l’University College de Londres n’est pas le premier du genre à créer des organoïdes à partir de cellules fœtales. Cependant, d’autres groupes ont utilisé du vrai tissu fœtal, et non du liquide amniotique. Les dommages au fœtus sont évités grâce à la nouvelle approche.

“L’ensemble du concept est vraiment révolutionnaire”, déclare Oren Pleniceanu, biologiste des cellules souches et directeur du centre de recherche rénale du centre médical Sheba et de l’université de Tel-Aviv, qui a également travaillé sur les organoïdes du liquide amniotique. La capacité de prélever des cellules fœtales à partir du liquide amniotique « est comme une biopsie gratuite », dit-il. Il souligne cependant que la description des cellules existantes doit encore être améliorée. “Il n’est pas si simple de définir quelles cellules sont impliquées”, dit-il.

Les chercheurs savent depuis des décennies que le liquide amniotique contient des cellules fœtales. Cela permet aux médecins de diagnostiquer des maladies telles que le syndrome de Down et la drépanocytose avant la naissance grâce à une amniocentèse, qui utilise une aiguille pour prélever un échantillon de liquide amniotique. La grande majorité de ces cellules, 95 pour cent ou plus, sont des cellules mortes rejetées par le fœtus, explique Mattia Gerli, biologiste des cellules souches à l’University College de Londres et auteur de l’étude. Quoi de neuf : Les chercheurs se sont concentrés sur la proportion beaucoup plus faible de cellules vivantes dans le liquide amniotique.

Détecter les malformations congénitales

Ils ont d’abord examiné quels types de cellules étaient présents en cartographiant leurs propriétés, puis ont utilisé le séquençage unicellulaire pour déterminer leur origine. L’équipe a ensuite placé trois types de cellules progénitrices – rein, poumon et intestin grêle – dans une culture 3D pour voir si elles formeraient des organoïdes. “Nous prenons simplement les cellules telles quelles et les mettons sur une goutte de gel. C’est une méthode très simple”, a déclaré Paolo De Coppi, chirurgien pédiatrique à l’University College de Londres et au Great Ormond Street Hospital, lors de la présentation de la recherche.

Et ça a marché aussi. Les organoïdes se sont développés et ont développé les caractéristiques du tissu dont sont issues les cellules. En quelques semaines, par exemple, les organoïdes pulmonaires ont développé des structures mobiles ressemblant à des cheveux, appelées cils, qui ressemblent à celles situées à l’intérieur des poumons.

En tant que chirurgien pédiatrique, De Coppi s’occupe souvent de malformations congénitales. Les médecins peuvent détecter ces défauts à l’aide de techniques d’imagerie, mais ils ne disposent d’aucun moyen réel pour évaluer leur gravité ou leur impact sur le fonctionnement des organes. Pour savoir si les organoïdes pulmonaires pouvaient fournir cette information, l’équipe a collecté des cellules de fœtus atteints d’une maladie rare, la hernie diaphragmatique congénitale (CDH). Ces fœtus ont une ouverture dans leur diaphragme qui permet aux organes de l’abdomen de pénétrer dans la cavité thoracique et de comprimer les poumons. “Lorsque les poumons sont comprimés, ils ne se développent pas comme ils le devraient”, explique De Coppi. “C’est pourquoi seulement 70 pour cent de ces fœtus survivent.”

L’équipe a comparé les organoïdes issus de fœtus CDH avec des organoïdes dérivés de fœtus sains. Au départ, les deux organoïdes se ressemblaient. Mais lorsque les chercheurs les ont amenés à se différencier pour recréer la partie du poumon la plus proche de la trachée ainsi que les zones plus profondes du poumon, ils ont constaté des différences frappantes. Bien que les organoïdes sains et CDH aient développé des cils, leur structure était différente dans les organoïdes CDH. Ils ont eu plus de mal à se différencier. Les organoïdes CDH produisent également moins de surfactant, une substance qui aide les sacs aériens des poumons à fonctionner.

Ballon dans la trachée

L’HDC est généralement traitable : les chirurgiens insèrent un ballon dans la trachée du fœtus pour forcer les poumons à appuyer contre les organes envahisseurs. Lorsque les chercheurs ont comparé les organoïdes pulmonaires cultivés à partir de cellules du liquide amniotique avant et après le traitement par ballonnet, ils ont constaté que les organoïdes traités ressemblaient davantage à des organoïdes pulmonaires normaux. Leur expression génétique suggérait également qu’ils étaient mieux développés. Ces résultats suggèrent deux applications possibles de la nouvelle méthode. L’insertion du ballon nécessite une intervention chirurgicale sur le fœtus, et les médecins ne disposent pas d’un bon moyen de déterminer quels fœtus en bénéficient et lesquels ne le sont pas. Ces organoïdes personnalisés pourraient les aider à déterminer à quel point les poumons sont sous-développés, leur permettant ainsi de prendre une décision plus éclairée. Pour les fœtus soumis à la procédure, les organoïdes pourraient en fin de compte indiquer aux médecins si la procédure a fonctionné.

D’autres scientifiques font également des progrès. Dans une publication préliminaire d’octobre 2023, Pleniceanu et ses collègues rapportent qu’ils ont également réussi à créer de telles cellules aux organoïdes pulmonaires et rénaux se reproduire. Mais au lieu de cultiver leurs organoïdes dans un milieu de culture général, ils développent des milieux destinés à favoriser la croissance d’organoïdes spécifiques – par exemple, un milieu pourrait favoriser la croissance des organoïdes rénaux, un autre le développement des organoïdes pulmonaires.

Cependant, les organoïdes ne sont pas, comme leur nom l’indique, des organes miniatures fonctionnels. Mais ces collections de cellules reproduisent une partie de la structure et de la complexité des organes. Ils peuvent donc fournir un aperçu unique du développement humain. Et comme ils sont porteurs des mêmes mutations génétiques que le fœtus, ils peuvent également fournir aux médecins une meilleure idée de la façon dont cette personne se développe.

Cependant, les organoïdes ne sont pas encore prêts pour une utilisation clinique. Cependant, des applications possibles seront bientôt envisageables. Si une anomalie est détectée lors d’une échographie, les organoïdes pourraient révéler la cause sous-jacente en temps réel, donnant peut-être aux médecins des indices sur les thérapies qui pourraient être administrées pendant que les organes sont encore en développement. “On pourrait même intervenir avant la naissance, ce qui est assez étonnant”, explique Pleniceanu. La technologie permet également de mieux comprendre les anomalies qui ne sont pas dues à une maladie génétique. Des recherches sur les effets des influences environnementales sur le développement sont également envisageables. Le chirurgien pédiatre De Coppi souligne également que l’industrie pharmaceutique a commencé à utiliser des organoïdes dérivés de cellules adultes pour trouver de nouvelles thérapies. Il existe désormais une opportunité de transférer ces développements technologiques au développement du fœtus, dit-il. “Parce que pour la première fois, nous pouvons accéder au fœtus sans le toucher.”

(jl)