Avance organoïde: Comment faire pousser un estomac en laboratoire

Des scientifiques du centre médical de l’hôpital pour enfants de Cincinnati, en Ohio, ont mis au point un moyen de cultiver en laboratoire des cellules de la région du corpus et du fond de l’estomac. Ces organes miniatures pourraient faciliter la recherche sur les maladies gastro-intestinales courantes et améliorer la recherche sur les médicaments.
Une image microscopique montre les tissus de l'estomac humain issus de la région du corpus / fond.
Crédit image: Cincinnati Children's

Les maladies liées à l'estomac sont courantes et touchent des millions de personnes. On estime que 25% des personnes aux États-Unis souffrent de troubles gastro-intestinaux.

À l'échelle mondiale, le cancer gastrique est la troisième cause de décès par cancer.

Pour tester de nouveaux médicaments et mieux comprendre les mécanismes des maladies gastriques, il est essentiel de disposer d'un modèle fiable de l'estomac humain actif.

Bien qu'il existe un certain nombre de modèles animaux pour les troubles gastro-intestinaux chez l'homme, ils peuvent prendre du temps et être compliqués à utiliser.

Le chercheur principal Jim Wells, Ph.D., directeur de l’installation de cellules souches pluripotentes chez Cincinnati Children, s’est donné pour mission de développer des modèles fiables et cohérents des organes impliqués dans la digestion, en particulier les intestins, l’estomac, le pancréas et l’?sophage. .

Son équipe a conçu des moyens d'utiliser des cellules souches pluripotentes pour faire pousser des organes. Les cellules souches pluripotentes sont indifférenciées - en d'autres termes, elles ont la capacité de se développer en n'importe quel type cellulaire dans le corps.

Il y a deux ans, Wells et son équipe ont appris à utiliser des cellules souches pluripotentes pour générer une partie de l'estomac responsable de la production d'hormones. Cette région s'appelle l'antre.

Cultiver une nouvelle section d'estomac

Cette semaine, un rapport publié dans la revue La nature décrit comment l'équipe a récemment conçu une méthode pour développer la région du corpus / fond de l'estomac. C'est la partie la plus haute de l'estomac, près du sphincter cardiaque où l'organe est attaché à l'?sophage.

"Maintenant que nous pouvons cultiver des mini-organes gastriques humains de type antral et corpus / fundic, il est possible d'étudier comment ces tissus gastriques humains interagissent physiologiquement, réagissent différemment aux infections, aux blessures et réagissent aux traitements pharmacologiques."

Jim Wells, Ph.D.

Cette découverte est la dernière d'une longue série d'études du laboratoire de Wells à utiliser des cellules souches pluripotentes. Ils se spécialisent dans la culture d'organoïdes, qui sont des versions simplifiées d'organes humains présentant une anatomie réaliste, mais à une échelle beaucoup plus petite.

Par exemple, ils ont réussi à fabriquer de l'intestin humain avec un système nerveux entérique, capable d'absorber les nutriments et de réaliser un péristaltisme (les contractions qui déplacent la nourriture dans l'intestin).

Leur nouvelle procédure guide les cellules souches pluripotentes à travers les stades de développement naturels, en les transformant en organoïdes de Fundus humains en seulement 6 semaines.

Les défis de la croissance d'un nouveau type d'organe

L'un des premiers problèmes rencontrés par Wells et son équipe était la quantité minimale d'informations disponibles sur l'embryologie de l'estomac - personne ne sait exactement comment cela se développe. Comme l'explique Wells: "Nous n'avons pas pu concevoir de tissu gastrique humain dans une boîte de Pétri jusqu'à ce que nous ayons identifié pour la première fois comment l'estomac se forme normalement dans l'embryon."

Au départ, l’équipe a dû se pencher sur la génétique impliquée dans le développement d’embryons de souris.

Ces premiers travaux ont montré que la voie génétique du WNT / ?-caténine était particulièrement importante dans le développement de la région du corpus / fond. En utilisant cette découverte, ils ont manipulé en laboratoire la voie WNT / ?-caténine dans des cellules souches pluripotentes, déclenchant ainsi la formation d'organoïdes du fundus humain.

En plus de la voie WNT / ?-caténine, l'équipe devait également reproduire d'autres signaux moléculaires pour conduire à la formation de types de cellules spécifiques présents naturellement dans la région du corpus / fond. Ces types de cellules spécifiques comprennent les cellules principales, qui sont responsables de la production de pepsine (une enzyme qui décompose les protéines) et les cellules pariétales, qui produisent de l'acide chlorhydrique et un facteur intrinsèque (important pour l'absorption de B-12).

L'équipe va maintenant utiliser son nouveau modèle pour commencer à étudier les maladies humaines en les transplantant dans des modèles de souris. Par exemple, ils prévoient d’observer comment les organoïdes du fundus répondent à Helicobacter pylori les bactéries - la cause des ulcères d'estomac et de la gastrite chronique et un facteur de risque important pour le développement du cancer de l'estomac.

De plus, maintenant que l'équipe a accès à un modèle à l'estomac et à l'intestin, elle espère étudier comment les nutriments sont absorbés, comment le corps contrôle la digestion et une gamme de troubles intestinaux.

À mesure que la technologie progresse et que les organoïdes qui en résultent deviennent de plus en plus naturalistes, la recherche sur les affections gastro-intestinales deviendra plus facile, plus rapide et plus productive.

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