Les chercheurs des Instituts de biomédecine et de santé de Guangzhou ont réussi à créer des embryons chimériques contenant une combinaison de cellules humaines et porcines. Une fois transférés à des mères porcines de substitution, les reins humanisés en développement avaient une structure et une formation de tubules normales après 28 jours. C’est la première fois que des scientifiques parviennent à développer un organe humanisé solide au sein d’une autre espèce, bien que des études antérieures aient utilisé des méthodes similaires pour générer des tissus humains tels que du sang ou des muscles squelettiques chez le porc. L’ouvrage paraît le 7 septembre dans la revue Cellule souche.
Les chercheurs se sont concentrés sur les reins car ils sont l’un des premiers organes à se développer et ils sont également l’organe le plus couramment transplanté en médecine humaine.
« Des organes de rat ont été produits chez des souris, et des organes de souris ont été produits chez des rats, mais les tentatives précédentes de culture d’organes humains chez des porcs n’ont pas abouti », explique l’auteur principal Liangxue des Instituts de biomédecine et de santé de Guangzhou, Académie chinoise des sciences. et l’Université Wuyi. « Notre approche améliore l’intégration des cellules humaines dans les tissus receveurs et nous permet de cultiver des organes humains chez le porc. »
L’intégration de cellules souches humaines dans des embryons de porc a été un défi car les cellules de porc supplantent les cellules humaines et les cellules de porc et les cellules humaines ont des besoins physiologiques différents. « Nous avons travaillé sur des mécanismes permettant de surmonter l’efficacité extrêmement faible des chimères interspécifiques », explique l’auteur principal Guangjin Pan des Instituts de biomédecine et de santé de Guangzhou. « Nous avons identifié quelques facteurs critiques qui améliorent la formation de chimères interspécifiques en facilitant la compétition cellulaire. »
La technique de l’équipe dépend de trois éléments clés :
- Premièrement, ils ont créé une niche au sein de l’embryon de porc afin que les cellules humaines n’aient pas à rivaliser avec les cellules de porc en utilisant CRISPR pour modifier génétiquement un embryon de porc unicellulaire afin qu’il lui manque deux gènes nécessaires au développement des reins.
- Deuxièmement, les chercheurs ont conçu des cellules souches pluripotentes humaines – des cellules qui ont le potentiel de se développer en n’importe quel type de cellule – pour les rendre plus faciles à intégrer et moins susceptibles de s’autodétruire en arrêtant temporairement l’apoptose. Ensuite, ils ont converti ces cellules en cellules « naïves » ressemblant aux premières cellules embryonnaires humaines en les cultivant dans un milieu spécial.
- Troisièmement, avant d’implanter les embryons en développement chez des truies porteuses, les chercheurs ont cultivé les chimères dans des conditions optimisées pour fournir des nutriments et des signaux uniques aux cellules humaines et porcines, puisque ces cellules ont généralement des besoins disparates.
Au total, les chercheurs ont transféré 1 820 embryons à 13 mères porteuses. Après 25 ou 28 jours, ils ont mis fin à la gestation et extrait les embryons pour évaluer si les chimères avaient réussi à produire des reins humanisés.
Les chercheurs ont collecté cinq embryons chimériques pour analyse (deux à 25 jours et trois à 28 jours après l’implantation) et ont découvert qu’ils avaient des reins structurellement normaux pour leur stade de développement et qu’ils étaient composés de 50 à 60 % de cellules humaines. Au bout de 25 à 28 jours, les reins étaient au stade mésonéphros (le deuxième stade du développement rénal) ; ils avaient formé des tubules et des bourgeons de cellules qui deviendraient éventuellement des uretères reliant le rein à la vessie.
L’équipe a également étudié si les cellules humaines contribuaient à d’autres tissus dans les embryons, ce qui pourrait avoir des implications éthiques, en particulier si des cellules humaines abondantes étaient trouvées dans les tissus neuraux ou germinaux et que les porcs étaient amenés à terme. Ils ont montré que les cellules humaines étaient principalement localisées dans les reins, alors que le reste de l’embryon était composé de cellules de porc.
« Nous avons découvert que si vous créez une niche dans l’embryon de porc, les cellules humaines entrent naturellement dans ces espaces », explique l’auteur principal Zhen Dai de l’Institut de biomédecine et de santé de Guangzhou. « Nous n’avons vu que très peu de cellules neurales humaines dans le cerveau et la moelle épinière et aucune cellule humaine dans la crête génitale, ce qui indique que les cellules souches pluripotentes humaines ne se différencient pas en cellules germinales. » Cela pourrait être évité en éliminant d’autres gènes dans les cellules souches pluripotentes humaines, ce qui pourrait être testé dans de futures études, affirment les chercheurs.
Maintenant qu’ils ont optimisé les conditions pour la croissance de reins humanisés dans des chimères homme-porc, l’équipe souhaite permettre aux reins de se développer plus longtemps. Ils travaillent également à générer d’autres organes humains chez les porcs, notamment le cœur et le pancréas.
L’objectif à long terme est d’optimiser cette technologie pour la transplantation d’organes humains, mais les chercheurs reconnaissent que le travail sera complexe et pourrait prendre de nombreuses années. La croissance d’un organe humanisé entièrement fonctionnel chez un porc nécessiterait quelques étapes supplémentaires car les organes sont composés de plusieurs types de cellules et de tissus. Dans cette étude, les chercheurs ont créé une niche pour un seul sous-ensemble de cellules, ce qui signifiait que les reins contenaient des cellules vasculaires dérivées du porc, ce qui pourrait provoquer le rejet d’organes si elles étaient utilisées dans un scénario de transplantation.
« Comme les organes ne sont pas composés d’une seule lignée cellulaire, pour avoir un organe dont tout vient de l’humain, nous aurions probablement besoin de concevoir les porcs d’une manière beaucoup plus complexe, ce qui pose également des défis supplémentaires », explique le responsable. auteur Miguel A. Esteban des Instituts de biomédecine et de santé de Guangzhou.
En attendant, cette technologie pourrait être utilisée pour étudier le développement des organes humains et les maladies du développement.
« Avant d’arriver à l’état avancé de fabrication d’organes pouvant être mis en vente pour la pratique clinique, cette méthode ouvre une fenêtre pour étudier le développement humain », explique Esteban. « Vous pouvez retracer les cellules humaines que vous injectez et les manipuler afin de pouvoir étudier les maladies et la formation des lignées cellulaires. »
