Des scientifiques japonais ont utilisé de manière innovante des hydrogels dans des structures cubiques pour créer des organoïdes 3D complexes, simplifiant des procédures auparavant difficiles. Cette avancée a le potentiel de révolutionner le dépistage des drogues et la croissance des organes artificiels, ouvrant la porte à une recherche accessible et diversifiée sur divers systèmes d’organes. (Idée d’artiste.)
Une équipe de scientifiques dirigée par Masaya Hagiwara de l’institut national des sciences RIKEN au Japon a développé un dispositif ingénieux, utilisant des couches d’hydrogels dans une structure en forme de cube, qui permet aux chercheurs de construire des organoïdes 3D complexes sans utiliser de techniques élaborées. Le groupe a également récemment démontré la capacité d’utiliser l’appareil pour construire des organoïdes qui reproduisent fidèlement l’expression génétique asymétrique qui caractérise le développement réel des organismes. L’appareil a le potentiel de révolutionner la façon dont nous testons les médicaments et pourrait également fournir des informations sur la façon dont les tissus se développent et conduire à de meilleures techniques de croissance d’organes artificiels.
Défis du développement des organoïdes
Les scientifiques ont longtemps lutté pour créer des organoïdes – des tissus ressemblant à des organes cultivés en laboratoire – pour reproduire le développement biologique réel. La création d’organoïdes qui fonctionnent de manière similaire aux vrais tissus est vitale pour le développement de médicaments, car il est nécessaire de comprendre comment les médicaments se déplacent dans divers tissus. Les organoïdes nous aident également à mieux comprendre le processus de développement lui-même et constituent un tremplin sur la voie de la croissance d’organes entiers qui peuvent aider les patients.
Un des cubes utilisés dans les expériences. 1 crédit
Cependant, la création d’organoïdes réalistes s’est avérée difficile. Dans la nature, les tissus se développent à travers une danse élaborée qui implique des gradients chimiques et des échafaudages physiques qui guident les cellules dans certains modèles 3D. En revanche, les organoïdes cultivés en laboratoire se développent généralement soit en laissant les cellules se développer dans des conditions homogènes – créant de simples boules de cellules similaires – soit en utilisant l’impression 3D ou des technologies microfluidiques, qui nécessitent toutes deux un équipement sophistiqué et des compétences techniques.
Schéma montrant le système de cubes et ses utilisations. 1 crédit
Une percée dans la création d’organoïdes
Mais maintenant, dans un premier article publié dans Technologies des matériaux avancésle groupe du RIKEN Cluster for Pioneering Research a annoncé le développement d’une nouvelle technique innovante qui leur permet de contrôler spatialement l’environnement autour de groupes de cellules à base de cubes, en utilisant rien de plus élaboré qu’une pipette.
La méthode consiste à confiner des couches d’hydrogels – des substances constituées principalement d’eau – aux propriétés physiques et chimiques différentes à l’intérieur d’un récipient de culture en forme de cube. Dans l’étude, différents hydrogels ont été insérés dans l’échafaudage à l’aide d’une pipette et ont été maintenus en place en fonction de la tension superficielle. Les cellules pourraient être insérées dans les cubes soit dans les hydrogels individuels, soit sous forme de pastilles pouvant se déplacer dans les différentes couches, permettant ainsi de créer une gamme de types de tissus.
Contrôle de la position des organoïdes dans le système de cube. 1 crédit
Modélisation de l’axe du corps et perspectives futures
Dans un deuxième article, publié en Biologie des communications, le groupe a également démontré sa capacité à recréer ce que l’on appelle la structuration de l’axe du corps. Essentiellement, quand vertébrés développer il y a un patron de différenciation cellulaire tête/arrière et dos/estomac. Bien qu’important pour la création d’organoïdes qui recréent fidèlement ce qui se passe dans les organismes réels, cela a été très difficile à réaliser en laboratoire.
Dans ce travail, en utilisant le système basé sur le cube, le groupe a pu recréer cette structuration, en utilisant un capuchon de moule pour ensemencer avec précision un groupe de cellules souches pluripotentes induites (iPSC) dans un cube, puis en permettant aux cellules d’être exposées à un gradient de deux facteurs de croissance différents. Ils sont même allés jusqu’à « recruter » un laborantin et un lycéen pour mener à bien le travail, démontrant que l’ensemencement des cellules ne nécessiterait pas un haut niveau d’expertise. L’équipe a également démontré que les tissus résultants pouvaient être sectionnés pour l’imagerie tout en conservant les informations sur l’orientation du gradient.
Contrôle de l’ensemencement des cellules dans le système de cube. 1 crédit
Selon Hagiwara, « Nous sommes très enthousiasmés par ces réalisations, car le nouveau système permettra aux chercheurs de recréer rapidement et sans obstacles techniques difficiles des organoïdes qui ressemblent davantage à la façon dont les organes se développent dans des organismes réels. Nous espérons qu’un éventail de chercheurs utiliseront notre méthode pour créer divers nouveaux organoïdes et contribuer à la recherche sur différents systèmes d’organes. À terme, nous espérons que cela contribuera également à comprendre comment nous pouvons construire de véritables organes artificiels qui peuvent aider les patients.
Processus de différenciation, de découpage et d’analyse des organoïdes. 1 crédit
Hagiwara a rejoint RIKEN en 2019 en tant que RIKEN Hakubi Fellow, un programme qui encourage les jeunes chercheurs talentueux à créer leurs propres laboratoires. Il se concentre spécifiquement sur le développement des poumons, mais il souligne que la technologie pourrait également être utilisée pour la création d’autres types d’organoïdes.
