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14/12/2010
Les intestins de souris forment des microvillosités, des repliements de l'épithélium intestinal. © Nature
Par Claire Peltier, Futura-Sciences
Un nouvel organe vient d'être recréé en laboratoire. Il s'agit cette fois d'un intestin obtenu à partir de cellules souches soumises à l'action d'hormones. L'« organoïde » présente toutes les caractéristiques d'un vrai intestin et pourrait être utilisé dans la recherche de molécules thérapeutiques, voire pour des greffes.
La reconstitution d’organes in vitro est de plus en plus recherchée. À cause du manque de donneurs d’organes, mais aussi tout simplement pour le stimulant défi que cela représente, les chercheurs font preuve d’ingéniosité pour imiter mère Nature. Après les poumons, c’est au tour de l’intestin d’être reconstitué en laboratoire.
Si l’intestin semble à priori moins complexe que le poumon, puisqu’il ne s’agit apparemment « que » d’un long tube, il est tout de même composé d’un grand nombre de types cellulaires différents. En effet, l’intestin a pour fonction de digérer les aliments, en absorbant les nutriments via l’épithélium intestinal, tout en assurant le mouvement péristaltique du bol alimentaire ; des fonctions assurées par des cellules spécialisées.
Les scientifiques sont partis de cellules pluripotentes, en théorie capables de générer toute sorte de tissu. Les deux grands types de cellules souches ont été utilisées : les cellules souches embryonnaires (ou CSE, naturellement pluripotentes puisque provenant d’embryons) et les cellules souches pluripotentes induites (ou CSPi, rendues pluripotentes grâce à des manipulations génétiques).
Des cellules souches sous contrôle hormonal
S’appuyant sur des données antérieures, les chercheurs ont reconstitué la chronologie de l’expression des différents facteurs de croissance au cours du développement embryonnaire. Ceux-ci ont des rôles précis à des moments clés, qui permettent un développement très organisé des tissus embryonnaires grâce à l'activation de l’expression de gènes spécifiques.
Ainsi, les cellules souches ont été mises pendant trois jours en présence d’activine A, une protéine impliquée dans le développement de l’endoderme. Ce feuillet embryonnaire donne progressivement naissance à une partie des organes internes dont l’intestin, par opposition à l’ectoderme et au mésoderme qui se différencient respectivement en tissus plus externes (peau, yeux…) ou médians (vaisseaux sanguins, os, muscles striés…).
Les intestins synthétisés in vitro (images du bas) ressemblent beaucoup aux intestins formés naturellement chez la souris (images du haut). Les mêmes gènes sont activés (images en couleurs), et des microvillosités sont également visibles (image en noir et blanc).
Les intestins synthétisés in vitro (images du bas) ressemblent beaucoup aux intestins formés naturellement chez la souris (images du haut). Les mêmes gènes sont activés (images en couleurs), et des microvillosités sont également visibles (image en noir et blanc). © Nature
Deux facteurs impliqués dans la différenciation de l’intestin postérieur (FGF4 et Wnt3) ont ensuite été inclus dans le milieu de culture des cellules pendant quatre jours, suffisamment pour que la couche cellulaire commence à s’enrouler spontanément pour former un tube creux. Pour favoriser les dernières étapes (croissance intestinale, morphogenèse et différenciation cellulaire), les tissus obtenus ont été placés sous l’influence de nouvelles hormones (EGF, noggin et R-spondin).
Un intestin in vitro, presque aussi vrai que nature
Au final, les chercheurs ont réussi à obtenir un « organoïde » tridimensionnel dont les propriétés le rendent similaire à un intestin :
* une forme creuse ;
* une couche polarisée de cellules épithéliales spécialisées, comme un intestin classique, en entérocytes (cellules qui sont spécialisées dans l’absorption des nutriments), en cellules entéroendocrines (qui expriment des hormones), en cellules caliciformes (qui assurent la sécrétion de mucus) et en cellules de Paneth (des défenseurs de l’intestin) ;
* la présence de microvillosités ;
* la présence de cellules de la crypte intestinale (une source de cellules souches prêtes à remplacer les cellules intestinales détruites) ;
* une couche de cellules musculaires.
Ces résultats, publiés dans la revue Nature, sont une vraie avancée dans le domaine. C’est en effet la première fois qu’il est possible de recréer l’ensemble des types cellulaires d’un organe par cette méthode. Cela permet d’imaginer l’utilisation de cet organoïde dans le but de tester de nouvelles molécules thérapeutiques, ou de mieux comprendre les maladies intestinales. Si la méthode fait ses preuves, des greffes autologues (à partir des cellules du patient) pourront également être envisagées, notamment pour les patients souffrant de malformations congénitales.
Un nouvel organe vient d'être recréé en laboratoire. Il s'agit cette fois d'un intestin obtenu à partir de cellules souches soumises à l'action d'hormones. L'« organoïde » présente toutes les caractéristiques d'un vrai intestin et pourrait être utilisé dans la recherche de molécules thérapeutiques, voire pour des greffes.
La reconstitution d’organes in vitro est de plus en plus recherchée. À cause du manque de donneurs d’organes, mais aussi tout simplement pour le stimulant défi que cela représente, les chercheurs font preuve d’ingéniosité pour imiter mère Nature. Après les poumons, c’est au tour de l’intestin d’être reconstitué en laboratoire.
Si l’intestin semble à priori moins complexe que le poumon, puisqu’il ne s’agit apparemment « que » d’un long tube, il est tout de même composé d’un grand nombre de types cellulaires différents. En effet, l’intestin a pour fonction de digérer les aliments, en absorbant les nutriments via l’épithélium intestinal, tout en assurant le mouvement péristaltique du bol alimentaire ; des fonctions assurées par des cellules spécialisées.
Les scientifiques sont partis de cellules pluripotentes, en théorie capables de générer toute sorte de tissu. Les deux grands types de cellules souches ont été utilisées : les cellules souches embryonnaires (ou CSE, naturellement pluripotentes puisque provenant d’embryons) et les cellules souches pluripotentes induites (ou CSPi, rendues pluripotentes grâce à des manipulations génétiques).
Des cellules souches sous contrôle hormonal
S’appuyant sur des données antérieures, les chercheurs ont reconstitué la chronologie de l’expression des différents facteurs de croissance au cours du développement embryonnaire. Ceux-ci ont des rôles précis à des moments clés, qui permettent un développement très organisé des tissus embryonnaires grâce à l'activation de l’expression de gènes spécifiques.
Ainsi, les cellules souches ont été mises pendant trois jours en présence d’activine A, une protéine impliquée dans le développement de l’endoderme. Ce feuillet embryonnaire donne progressivement naissance à une partie des organes internes dont l’intestin, par opposition à l’ectoderme et au mésoderme qui se différencient respectivement en tissus plus externes (peau, yeux…) ou médians (vaisseaux sanguins, os, muscles striés…).
Les intestins synthétisés in vitro (images du bas) ressemblent beaucoup aux intestins formés naturellement chez la souris (images du haut). Les mêmes gènes sont activés (images en couleurs), et des microvillosités sont également visibles (image en noir et blanc).
Les intestins synthétisés in vitro (images du bas) ressemblent beaucoup aux intestins formés naturellement chez la souris (images du haut). Les mêmes gènes sont activés (images en couleurs), et des microvillosités sont également visibles (image en noir et blanc). © Nature
Deux facteurs impliqués dans la différenciation de l’intestin postérieur (FGF4 et Wnt3) ont ensuite été inclus dans le milieu de culture des cellules pendant quatre jours, suffisamment pour que la couche cellulaire commence à s’enrouler spontanément pour former un tube creux. Pour favoriser les dernières étapes (croissance intestinale, morphogenèse et différenciation cellulaire), les tissus obtenus ont été placés sous l’influence de nouvelles hormones (EGF, noggin et R-spondin).
Un intestin in vitro, presque aussi vrai que nature
Au final, les chercheurs ont réussi à obtenir un « organoïde » tridimensionnel dont les propriétés le rendent similaire à un intestin :
* une forme creuse ;
* une couche polarisée de cellules épithéliales spécialisées, comme un intestin classique, en entérocytes (cellules qui sont spécialisées dans l’absorption des nutriments), en cellules entéroendocrines (qui expriment des hormones), en cellules caliciformes (qui assurent la sécrétion de mucus) et en cellules de Paneth (des défenseurs de l’intestin) ;
* la présence de microvillosités ;
* la présence de cellules de la crypte intestinale (une source de cellules souches prêtes à remplacer les cellules intestinales détruites) ;
* une couche de cellules musculaires.
Ces résultats, publiés dans la revue Nature, sont une vraie avancée dans le domaine. C’est en effet la première fois qu’il est possible de recréer l’ensemble des types cellulaires d’un organe par cette méthode. Cela permet d’imaginer l’utilisation de cet organoïde dans le but de tester de nouvelles molécules thérapeutiques, ou de mieux comprendre les maladies intestinales. Si la méthode fait ses preuves, des greffes autologues (à partir des cellules du patient) pourront également être envisagées, notamment pour les patients souffrant de malformations congénitales.
Les intestins de souris forment des microvillosités, des repliements de l'épithélium intestinal. © Nature
