Science

Les boules de cellules imitent un stade invisible du développement de l’embryon humain

Artificial structures developed the rudimentary components of a heart and nervous system.

Après l’union d’un spermatozoïde et d’un ovule humains, un nouvel embryon passe ses premières semaines à avoir l’air blob. Il n’y a pas de haut ou de bas évident, et on ne sait pas quelles cellules donneront naissance à quelles parties du corps.

Des cellules souches humaines : l'équipe de recherche a déclaré que le modèle d'embryon pourrait fournir des informations sur plusieurs anomalies congénitales.

Aujourd’hui, les chercheurs ont créé des structures à partir de cellules souches humaines qui imitent certaines caractéristiques des embryons après la gastrulation, une avancée qui pourrait révéler comment les mutations génétiques et les expositions chimiques peuvent conduire à des fausses couches et des malformations congénitales.

« C’est vraiment le premier modèle qui nous permet d’étudier le développement de l’embryon humain après la gastrulation », explique Jianping Fu, un bio-ingénieur de l’université du Michigan, à Ann Arbor, qui n’a pas participé à ces nouveaux travaux. « C’est une étape très importante ».

Les chercheurs n’ont que peu de temps à consacrer aux premières semaines de la vie humaine. Ils peuvent observer les embryons surnuméraires créés pour les procédures de fécondation in vitro, mais des directives éthiques largement adoptées interdisent de les cultiver en laboratoire au-delà de 14 jours. Les embryons de souris et d’autres animaux offrent un aperçu de la façon dont les cellules s’organisent et se signalent les unes les autres au début de leur développement, mais ils diffèrent structurellement et génétiquement des embryons humains.

La disposition des humains - connue sous le nom de plan corporel - se fait par un processus connu sous le nom de gastrulation.
Les scientifiques ont développé des structures faites de cellules souches qui imitent un embryon de 21 jours. Crédit : Naomi Moris

Pour transformer les cellules souches humaines en quelque chose d’embryonnaire, les chercheurs du laboratoire du biologiste du développement Alfonso Martinez Arias, de l’université de Cambridge, et leurs collaborateurs ont modifié une méthode qu’ils avaient mise au point pour les cellules de souris.

En 2018, ils ont montré qu’ils pouvaient créer des structures embryonnaires allongées, appelées gastruloïdes, en exposant des groupes de cellules souches embryonnaires de souris à un produit chimique qui active une voie de signalisation du développement connue sous le nom de Wnt.

Dans la nouvelle étude, les chercheurs ont appliqué un traitement similaire à une lignée de cellules, provenant à l’origine d’un embryon humain, qui a le potentiel de se développer en n’importe quel type de cellule du corps. En seulement 3 jours, les cellules se sont auto-organisées en une structure qui ressemble à un embryon humain âgé d’environ 18 à 21 jours, rapporte aujourd’hui l’équipe dans Nature.

L’analyse génétique a révélé que, comme un embryon, ces gastruloïdes ont des cellules appartenant à trois « lignées » principales qui vont former les nombreux tissus du corps. Et les gastruloïdes s’étirent pour créer des extrémités avant et arrière distinctes.

C’est le premier modèle à montrer clairement que les cellules humaines s’organisent spontanément le long d’un axe du corps, explique Aryeh Warmflash, biologiste spécialiste des cellules souches à l’université de Rice. L’étude des gastruloïdes pourrait révéler comment la signalisation entre les cellules entraîne cette auto-organisation, ajoute-t-il.

Cependant, les modèles d’expression des gènes dans les cellules à différents points le long du gastruloïde sont quelque peu désorganisés, dit-il. Par exemple, les gènes qui devraient être exprimés davantage à l’arrière apparaissent à l’avant. « Ce n’est pas aussi propre que ce qui a été montré pour la souris. »

Pendant ce temps, certaines cellules sont totalement absentes. Les nouveaux gastruloïdes n’ont pas de cellules qui formeraient le cerveau, par exemple. Et contrairement aux vrais embryons, ils ne produisent pas de cellules « extra-embryonnaires » qui leur permettraient de s’implanter dans un utérus et de former un placenta. (On pense également que ces cellules permettent le développement du cerveau en protégeant l’embryon de certains signaux chimiques dans l’utérus).

Les scientifiques ont souligné que les gastruloïdes ne peuvent jamais se développer en embryons pleinement formés car ils n'ont pas de cellules cérébrales et ne possèdent aucun des tissus nécessaires à l'implantation dans l'utérus.

Après environ 3 jours, les gastruloïdes cessent de se développer et se recroquevillent, peut-être parce qu’ils se déforment sous leur propre poids, explique Naomi Moris, biologiste du développement à Cambridge et co-auteur de l’étude.

Il est clair que ces gastruloïdes ne sont pas des embryons et ne se développeront pas en embryons, dit Jeantine Lunshof, philosophe et éthicienne à la Harvard Medical School. Mais en imitant les caractéristiques de l’embryon, de tels modèles pourraient « résoudre de nombreux problèmes », dit-elle, permettant aux chercheurs d’étudier des stades de développement que la limite de 14 jours pour la recherche sur les embryons in vitro met actuellement hors limites.

Rien de cette méthode n’est évidemment éthiquement inquiétant, convient le bioéthicien Insoo Hyun de l’université Case Western Reserve. « Mais cela soulève d’autres questions qui, à mon avis, doivent être traitées ». Par exemple, dit-il, le désir de valider ces modèles de gastruloïdes en les comparant au développement humain naturel pourrait inspirer des remises en question de la règle des 14 jours.

Et si d’autres chercheurs veulent inclure des cellules extraembryonnaires ou les précurseurs de cellules cérébrales dans les gastruloïdes, « Qu’est-ce qui empêche quelqu’un d’essayer de modéliser le tout ?

Moris, pour sa part, dit qu’elle n’a pas une telle ambition. Les études futures examineront plus en détail comment les cellules de l’embryon s’auto-organisent – par exemple, comment elles forment les somites, les blocs de tissus qui forment ensuite les structures du torse comme les muscles et les vertèbres.

Pour comprendre comment ce processus et d’autres processus de développement tournent mal, mettant parfois fin à une grossesse ou entraînant des malformations congénitales, son groupe vise à introduire des mutations dans les cellules souches utilisées pour fabriquer des gastruloïdes, et à créer des gastruloïdes à partir de cellules « reprogrammées » provenant de personnes souffrant de troubles congénitaux.

Pour ces études, « avoir un système de modèle simplifié est en fait bénéfique », dit-elle, « et je pense qu’il y a encore plus de questions auxquelles je ne pourrais pas répondre de mon vivant ».

Laisser un commentaire

Votre adresse de messagerie ne sera pas publiée. Les champs obligatoires sont indiqués avec *

Bouton retour en haut de la page

Adblock détecté

S'il vous plaît envisager de nous soutenir en désactivant votre bloqueur de publicité