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La recherche sur la fibrose kystique bénéficiera des «mini-poumons» cultivés en laboratoire

À l'heure actuelle, pour dépister les composés susceptibles de s'avérer prometteurs dans la lutte contre les maladies, les chercheurs doivent s'appuyer sur des modèles animaux, tels que des souris de laboratoire spécialement développées. Cependant, de nombreux médicaments candidats qui réussissent ces tests sont ensuite rejetés, et certains qui ne le sont pas pourraient être efficaces chez l'homme. Cela entraîne des retards, des coûts accrus et des opportunités perdues pour le développement de nouveaux traitements nécessaires de toute urgence.
Les scientifiques ont recréé des conditions similaires à ce qui se passe lorsque l’embryon humain développe différents types de tissus pulmonaires.
Crédit d'image: Nick Hannan, Université de Cambridge

Les cellules souches sont des cellules susceptibles de devenir une cellule du corps. Les scientifiques ont mis au point différentes méthodes pour inciter cette transformation et aussi pour trouver des cellules souches. Les progrès dans ce domaine sont prometteurs en tant que moyen de créer des modèles réalistes de tissus humains dérivés de cellules humaines - appelées "organoids" ou "mini-organes".

Par exemple, nous avons récemment publié une étude montrant comment un nouveau système de culture organoïde 3D promet de transformer la recherche et les traitements du cancer du pancréas.

Et dans un autre rapport précédent, nous avons décrit comment les scientifiques créaient des organoïdes entièrement fonctionnels des intestins humains.

Une équipe de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni a maintenant créé avec succès des «mini-poumons» comme moyen de recherche et de test de nouveaux médicaments pour combattre la maladie pulmonaire débilitante.

Mini-poumons formés de tissu des voies aériennes distales

Maintenant, écrivant dans le journal Cellules souches et développement, une équipe de l’Université de Cambridge au Royaume-Uni décrit comment elle a réussi à créer des "mini-poumons" pour rechercher et tester de nouveaux médicaments contre la fibrose kystique, une maladie pulmonaire débilitante.

En utilisant des cellules souches dérivées de peaux de patients atteints de mucoviscidose, les scientifiques ont généré des modèles organoïdes de la partie distale du tissu pulmonaire, la partie qui forme les voies respiratoires où les gaz sont échangés avec l'environnement. Le chef de l'étude, le Dr Nick Hannan, explique:

"En un sens, ce que nous avons créé sont des" mini-poumons ". Bien qu'ils ne représentent que la partie distale du tissu pulmonaire, ils sont issus de cellules humaines et peuvent donc être plus fiables que les modèles animaux traditionnels, tels que les souris. , fibrose kystique."

La fibrose kystique est une affection dans laquelle les poumons produisent trop de mucus épais, entraînant des problèmes respiratoires et augmentant le risque d'infection respiratoire. La maladie est monogénique - c'est-à-dire qu'elle est causée par un seul gène, bien que la mutation puisse être différente chez différents patients.

Les progrès récents des traitements contribuent à prolonger la vie des personnes atteintes de fibrose kystique, qui ont tendance à avoir une durée de vie moyenne plus courte.

Les organites répliquent le tissu pulmonaire de la forme la plus commune de fibrose kystique

Pour leur étude, le Dr Hannan et ses collègues du Cambridge Stem Cell Institute de Wellcome Trust-Medical Research Council ont généré des cellules souches à partir de cellules cutanées de patients atteints de la forme la plus courante de fibrose kystique. comme mutation delta-F508. La mutation est la cause de la fibrose kystique chez environ trois quarts des patients britanniques.

L’équipe a reprogrammé les cellules cutanées pour qu’elles reviennent à un état connu sous le nom de «pluripotent induit», les transformant en cellules souches susceptibles de se développer en n'importe quel type de cellule dans le corps.

En utilisant les cellules induites pluripotentes induites (CSPi), l'équipe a ensuite recréé des conditions similaires à ce qui se produit lorsque l'embryon humain développe différents types de tissus pulmonaires, un processus appelé «gastrulation».

Au cours de la gastrulation, l'embryon fait croître l'endoderme puis l'intestin, à partir duquel les poumons émergent et forment différents types de tissus, y compris ceux les plus éloignés du point d'origine - le tissu pulmonaire "distal" des voies aériennes. corps et environnement.

Le tissu distal est souvent la partie des poumons qui cause des problèmes dans des maladies comme la fibrose kystique, certaines formes de cancer du poumon et l'emphysème.

Les mini-poumons ont bien fonctionné dans des tests montrant un dysfonctionnement du canal chlorure

Chez les personnes porteuses de la mutation delta-F508, la protéine CFTR dans leur tissu respiratoire ne se plie pas correctement, de sorte qu'elle ne s'exprime pas correctement à la surface des cellules. Cela perturbe la fonction du canal chlorure.

Les canaux de chlorure sont des protéines de surface formant des pores qui permettent aux ions chlorure de pénétrer et de sortir des cellules du tissu des voies respiratoires. En cas de dysfonctionnement, les cellules ne peuvent pas déplacer l'eau vers la paroi des poumons, ce qui rend le mucus trop collant. Cela se traduit par des difficultés respiratoires et un risque plus élevé d'infection bactérienne - qui à long terme conduit à la cicatrisation ou à la "fibrose".

Pour tester l'efficacité de leurs mini-poumons sur les conditions de la mucoviscidose chez les patients porteurs de la mutation delta-F508, l'équipe a utilisé un colorant fluorescent sensible au chlorure. À l'aide du colorant, ils ont pu démontrer que, comparativement aux cellules saines, les mouvements des chlorures étaient limités dans les mini-poumons.

L'équipe a ensuite utilisé le système de colorant et les mini-poumons pour montrer que l'ajout d'une petite molécule aidait les cellules malades à déplacer plus facilement le chlorure, ainsi que les cellules saines. Dr. Hannan conclut:

"Nous sommes convaincus que ce processus pourrait être étendu pour nous permettre de sélectionner des dizaines de milliers de composés et de développer des mini-poumons avec d'autres maladies telles que le cancer du poumon et la fibrose pulmonaire idiopathique. est également plus éthique que d'utiliser un grand nombre de souris pour ces recherches. "

La majeure partie du financement de l’étude provient du Conseil européen de la recherche, du Centre de recherche biomédicale de l’Institut national de recherche en santé et de Evelyn Trust.

Pendant ce temps, Nouvelles médicales aujourd'hui a récemment appris comment une autre équipe de l’Université du Texas à Austin a mis au point une nouvelle méthode de dépistage de la cause la plus courante d’infection potentiellement mortelle chez les patients atteints de fibrose kystique, une bactérie appelée Pseudomonas aeruginosa.

La nouvelle méthode reproduit l'environnement exact dans lequel la bactérie se propage dans le mucus des poumons d'une personne atteinte de mucoviscidose, permettant ainsi d'identifier les gènes qui semblent nécessaires à sa survie.

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