Les organoïdes ajoutent de nouvelles dimensions à la recherche sur les cellules, les tissus et les organes

Ingénierie tissulaire, édition génétique, organes sur puces : il ne fait aucun doute que les cultures et les lignées cellulaires ont transformé la biologie et la médecine.

Mais alors que la science approche des limites de ce qu’un ou deux types de cellules peuvent faire, les chercheurs se tournent vers les organoïdes – un nouvel outil capable d’imiter les environnements corporels et d’imiter non seulement les cellules, mais aussi les tissus et les organes.

"L'une des choses les plus remarquables de ces 10 dernières années a été la découverte, grâce au travail coopératif de centaines de laboratoires à travers le monde, que nous pouvons cultiver pratiquement n'importe quel type de cellule en dehors du corps à l'aide de cette boîte à outils organoïde", a déclaré Andrew Ewald, qui dirige le département de biologie cellulaire de la Johns Hopkins School of Medicine.

Depuis plus d’un siècle, les chercheurs cultivent des cellules en laboratoire pour étudier les maladies, les toxines et les traitements. Mais, tout comme la photocopie d’une seule page d’un livre, la culture de cellules ne raconte qu’une partie de l’histoire.

Les organoïdes, qui contiennent plusieurs types de cellules en interaction, ressemblent davantage à un synopsis. La distinction entre les cultures et les organoïdes est la différence entre un concombre et une salade, ou une bougie d'allumage et un moteur.

"Ils ressemblent à des organes : les caractéristiques structurelles des cellules dans ces arrangements tridimensionnels sont très similaires à ce à quoi elles ressembleraient à l'intérieur du corps", a déclaré Ewald.

Les recherches d'Ewald s'appuient sur les travaux des pionniers dans ce domaine, qui ont montré à la fin des années 1980 que les cellules épithéliales d'un sein, cultivées sur un échafaudage protéique en 3D, pouvaient former des conduits et même produire du lait - un processus difficile à étudier chez l'homme vivant.

"Nous sommes en mesure d'observer de nouveaux tubes s'initier, s'allonger, bifurquer et se polariser jusqu'à leur état de différenciation mature, le tout en quelques jours en laboratoire", a déclaré Ewald.

Ewald étudie également le cancer et les métastases. Mais les cellules cancéreuses peuvent mettre des semaines, voire des années, à former de nouvelles tumeurs dans les organes vitaux. Ewald utilise donc des organoïdes pour modéliser les différentes étapes du processus en laboratoire.

Cette fenêtre qu'offrent les organoïdes sur les processus cellulaires complexes pourrait aider les scientifiques à voir comment les cellules se développent, changent et meurent, même dans le monde complexe et spécialisé du cerveau.

"Nous les utilisons réellement pour étudier les aspects du neurodéveloppement et des maladies neurodégénératives, en mettant l'accent sur la maladie d'Alzheimer", a déclaré David Brafman, biologiste moléculaire de l'ASU.

Les chercheurs peuvent cultiver des organoïdes à partir de cellules souches adultes, qui fabriquent des cellules spécifiques à leur propre type de tissu, ou de cellules souches pluripotentes induites (iPS) qui, avec le bon coup de pouce impliquant certaines cultures et certains facteurs de croissance, peuvent devenir n'importe quel type de cellule dans le corps.

Le type de recherche que les chercheurs choisissent d'utiliser dépend de leurs besoins et de leurs objectifs.

Le laboratoire de Brafman introduit différents facteurs de risque de maladie dans les cellules iPS prélevées sur un individu en bonne santé. Parce que ces cellules sont génétiquement identiques, elles établissent un lien de causalité plus clair entre les facteurs de risque et les maladies.

"Cela fournit beaucoup plus de contrôle, plutôt que de prendre un ensemble de cellules iPS d'un groupe de patients en bonne santé et d'un groupe de patients malades, où vous comparez non seulement l'état pathologique à l'état sain, mais vous comparez également différences dans le fond génétique », a déclaré Brafman.

L'utilité des organoïdes réside en partie dans leur capacité à construire des quartiers entiers abritant divers types de cellules en interaction. Pour donner un sens à cet environnement complexe, les chercheurs utilisent des colorants spéciaux pour colorer les types de cellules de différentes couleurs.

"Et lorsque nous les regardons réellement, nous pouvons voir qu'ils contiennent tous les types de cellules des tissus à partir desquels nous avons collecté", a déclaré Curtis Thorne, biologiste des cellules cancéreuses de l'UA.

Imaginez un organoïde comme une goutte gélatineuse parsemée de taches ressemblant à des raisins secs, un peu comme une salade d'ambroisie peu recommandable. La recette est simple, voire simple : commencez par un échantillon sain ou malade ; ajouter des enzymes ; hacher pour séparer les cellules souhaitées ; placez-les dans un échafaudage protéique 3D ; ajoutez de la soupe nutritive; et laisser pousser dans une chambre climatisée.

"En quelques semaines, nous verrons se développer ces petites structures que nous appelons organoïdes", a déclaré Thorne. "Et quand ils deviennent suffisamment gros, nous pouvons les briser et les remettre en suspension dans l'échafaudage, et ils continuent de croître et de s'amplifier."