La gastrulation, le processus par lequel un embryon se réorganise d’une sphère creuse en une structure multicouche, est considérée comme une « boîte noire » du développement humain. En effet, les embryons humains ne sont généralement pas cultivés pendant plus de 14 jours en raison de préoccupations bioéthiques, et la gastrulation se produit entre 17 et 21 jours après la fécondation. De plus, les modèles actuels de cellules souches qui imitent la gastrulation n’ont pas été en mesure d’inclure les tissus extra-embryonnaires nécessaires qui donnent naissance au sac vitellin et au placenta. Dans une étude parue le 20 juillet dans la revue Celluleles chercheurs rapportent une nouvelle méthode pour développer des « péri-gastruloïdes », une structure semblable à un embryon qui comprend l’un des tissus de soutien, le sac vitellin, absent des modèles précédents.
« Alors que des modèles non intégrés de gastrulation humaine et d’organogenèse précoce ont été développés à partir de cellules souches pluripotentes humaines amorcées, ces modèles manquent des cellules extraembryonnaires qui jouent un rôle vital dans la structuration et la morphogenèse de l’embryon », déclare l’auteur principal Jun Wu, biologiste des cellules souches à le centre médical du sud-ouest de l’Université du Texas. « La présence de tissus embryonnaires et extra-embryonnaires permet aux chercheurs d’examiner les interactions entre l’épiblaste, l’amnios et le sac vitellin pendant la gastrulation – une entreprise auparavant inaccessible chez l’homme. »
Au lieu des cellules souches pluripotentes amorcées plus couramment utilisées, la méthode des chercheurs a utilisé des cellules souches pluripotentes élargies (EPSC). Il a déjà été démontré que ces cellules se différencient en tissus embryonnaires et extra-embryonnaires chez la souris. En ajoutant les facteurs de croissance appropriés aux EPSC humains, ils se sont différenciés en ces deux types de tissus. Les cellules se sont ensuite auto-organisées en structures ressemblant à l’embryon humain, que les chercheurs appellent « péri-gastruloïdes ».
Les tissus extra-embryonnaires libèrent des signaux chimiques qui guident le développement de l’embryon, ce qui permet à ces péri-gastruloïdes d’imiter plusieurs processus importants qui sont considérés comme faisant partie de cette période de développement de la boîte noire. Les péri-gastruloïdes développent la cavité amniotique dans laquelle vivent les embryons et les cavités du sac vitellin qui alimentent les embryons en sang. De plus, les péri-gastruloïdes présentent des signes précoces d’organogenèse, tels que la neurulation, qui marque le tout début du développement du système nerveux central.
L’équipe de recherche rapporte que leur méthode est efficace et reproductible. Dans ce qu’ils considèrent comme un essai à petite échelle, ils ont pu générer des centaines de péri-gastruloïdes. « La puissance de ce modèle découle de sa capacité à exploiter la remarquable capacité d’auto-organisation des EPSC humains avec une intervention externe minimale », explique Wu.
L’équipe note que les péri-gastruloïdes ne sont pas viables en raison de l’exclusion des trophoblastes qui donnent naissance au placenta, ce qui contribue à apaiser les préoccupations éthiques de cette recherche. Ce projet a suivi les directives internationales de recherche sur les cellules souches et a été approuvé par le comité de surveillance des cellules souches de l’UT Southwestern.
Ce travail a été soutenu par la New York Stem Cell Foundation et l’American Society for Reproductive Medicine Research Institute.
