Un organe artificiel révolutionnaire qui forme ses propres vaisseaux sanguins

Ces structures, qui simulent le cœur, le foie, les poumons et les intestins, contiennent une variété de types de cellules et une organisation complexe jamais observée dans les modèles précédents.

Les organoïdes – de minuscules structures cellulaires 3D – sont utilisés depuis longtemps pour étudier les maladies et tester des médicaments. Cependant, la plupart des organoïdes sont dépourvus de vaisseaux sanguins, ce qui limite leur taille, leur fonction et leur maturité. Par exemple, les reins ont besoin de vaisseaux sanguins pour filtrer le sang, et les poumons pour les échanges gazeux.

Le mois dernier, deux équipes indépendantes ont rapporté dans les revues Science et Cell comment elles avaient créé des organoïdes vascularisés dès le début. Elles ont commencé avec des cellules souches pluripotentes, puis ont manipulé leur différenciation pour créer simultanément des cellules tissulaires organiques et des cellules vasculaires.

« Ces modèles montrent vraiment la puissance de la nouvelle approche », a déclaré Oscar Abilez, expert en cellules souches à l’Université de Stanford et co-auteur de l’étude sur le cœur et le foie.

Au début, les équipes de recherche mélangeaient souvent des tissus de vaisseaux sanguins et d’autres tissus séparément dans un « assembloïde » (un modèle de tube à essai qui combine de nombreux organoïdes ou d’autres cellules), mais cette approche ne reproduisait toujours pas entièrement la structure réelle.

Cette avancée est le fruit d'une découverte fortuite. Lors de la croissance de cellules épithéliales, plusieurs groupes de recherche, dont l'Université du Michigan, ont constaté que les organoïdes génèrent spontanément davantage de cellules endothéliales vasculaires. Au lieu de les éliminer, ils ont cherché à « répliquer » ce phénomène dans les organoïdes intestinaux.

Fort de cette idée, Yifei Miao et ses collègues de l'Institut de zoologie de l'Académie chinoise des sciences ont tenté de contrôler le co-développement des cellules épithéliales et des cellules des vaisseaux sanguins dans la même boîte de culture. Initialement, cela s'est avéré difficile, car les deux types de cellules nécessitaient des signaux moléculaires opposés pour se développer. Cependant, l'équipe a trouvé un moyen d'ajuster le moment de l'ajout de molécules stimulantes, permettant ainsi aux deux cellules de croître ensemble.

En conséquence, les organoïdes pulmonaires, une fois implantés chez la souris, se sont différenciés en de nombreux types cellulaires, dont des cellules spécifiques des alvéoles, siège des échanges gazeux. Cultivés sur un support 3D, ils se sont auto-organisés en structures ressemblant à des alvéoles. Josef Penninger, expert au Centre Helmholtz de recherche sur les infections (Allemagne), a estimé qu'il s'agissait d'une avancée intéressante.

De même, Abilez a créé des organoïdes cardiaques contenant des cellules musculaires, des vaisseaux sanguins et des nerfs. Les vaisseaux sanguins formaient de minuscules branches serpentant à travers les tissus. Cette approche a également permis de créer des foies miniatures dotés de nombreux petits vaisseaux sanguins.

Cependant, les organoïdes actuels ne reproduisent encore que les premiers stades du développement embryonnaire. Selon Penninger, pour que les organoïdes fonctionnent comme de véritables organes, les scientifiques devront développer des vaisseaux sanguins, des tissus de soutien et des vaisseaux lymphatiques plus grands. Le prochain défi consistera à « ouvrir les valves » pour que les vaisseaux sanguins puissent transporter le flux sanguin. « C'est un domaine incroyablement passionnant », conclut-il.