Des plateaux imprimés en 3D aident les organoïdes intestinaux humains à développer leurs propres nerfs et à mûrir deux fois plus vite.
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Grâce à des plateaux de support spéciaux imprimés en 3D et conçus par des experts du Cincinnati Children's Hospital, les chercheurs peuvent désormais produire des versions plus grandes d'organoïdes intestinaux humains fonctionnels deux fois plus vite qu'avec les méthodes précédentes — et ces organoïdes développent leurs propres cellules nerveuses.
Cette technologie améliorée pourrait accélérer la production de tissus de mini-organes humains suffisamment grands pour réparer des lésions ou restaurer les fonctions altérées de l'intestin grêle, de l'estomac ou du côlon. Ces tissus seraient également précieux pour de futures études sur les maladies et pour une évaluation plus précise des risques de lésions organiques liés aux médicaments administrés par voie orale.
Les détails du projet ont été publiés dans la revue Nature Biomedical Engineering . Le nouveau système de production a été conçu et testé par une équipe dirigée par Holly Poling, docteure en sciences, chercheuse principale, Maxime Mahe, docteur en sciences, auteur principal, et une équipe de 17 autres scientifiques du Cincinnati Children's Hospital et de l'Université de Nantes.
Grâce à leur nouveau système de culture confinée (SCC), l'équipe a réussi à faire croître des organoïdes d'intestin grêle, de côlon et d'estomac, initialement de minuscules sphères, jusqu'à des structures tubulaires centimétriques près de dix fois plus grandes qu'avec les méthodes précédentes. De plus, contrairement aux méthodes qui nécessitent une intervention complexe pour introduire des cellules nerveuses, ces organoïdes développent un système nerveux de manière autonome.
« En atteignant la maturité de transplantation deux fois plus vite et en développant leurs propres nerfs fonctionnels, ces organoïdes démontrent comment les principes de l'ingénierie peuvent stimuler l'innovation biologique », explique Poling. « Notre système de culture confinée est bien plus qu'une méthode de production ; c'est une plateforme évolutive et flexible permettant de construire des tissus humains complexes. »
Un nouveau système de production favorise une croissance plus rapide
Les experts du Cincinnati Children's Center for Stem Cell & Organoid Medicine (CuSTOM) sont des chefs de file dans la fabrication de versions miniatures d'organes du système digestif depuis plus de 15 ans, améliorant constamment la sophistication des tissus cultivés en laboratoire.
Plus récemment, l'équipe a travaillé sur des méthodes permettant de produire suffisamment de tissus personnalisés à transplanter chez les patients afin de réparer les lésions organiques ou de restaurer des fonctions spécialisées diminuées.
La nouvelle méthode utilise la technologie d'impression 3D pour fabriquer des moules d'échafaudage en forme de plateau à partir de résine chirurgicale, puis remplit les moules de polydiméthylsiloxane dégazé, un type de silicone flexible semblable à du caoutchouc.
Les nouveaux plateaux comportent des rainures conçues pour aligner des organoïdes sphériques, favorisant ainsi leur fusion et leur maturation. Ces fusions se produisent dans un mélange spécifique de nutriments et d'autres ingrédients qui soutiennent la croissance initiale des cellules souches pluripotentes induites (iPSC) en organoïdes plus complexes.
Au bout de six jours, les sphéroïdes initialement distincts s'agglomèrent en structures unifiées le long des rainures des plateaux. Ces structures sont ensuite transférées dans un autre milieu hydrogel pour poursuivre leur croissance pendant huit jours supplémentaires.
Au bout de 14 jours, les organoïdes ont produit tous les types cellulaires et toutes les structures qui nécessitaient auparavant 28 jours. Ces tissus sont ensuite transplantés chez des rongeurs génétiquement modifiés afin de minimiser le risque de rejet.
Tous les tissus transplantés se sont greffés avec succès chez les rongeurs, affirment les co-auteurs. Après leur croissance chez ces animaux, l'équipe a obtenu jusqu'à 8 cm de tissu intestinal fonctionnel, contre environ 1 cm avec les protocoles précédents.
Non seulement les structures étaient beaucoup plus grandes qu'avec les méthodes précédentes, mais leur fonction neuromusculaire était désormais similaire à celle des tissus humains natifs, ce qui représente une avancée majeure.
« Nous sommes désormais capables non seulement de générer à grande échelle des organoïdes gastro-intestinaux complexes , mais aussi d'orienter leur différenciation en tissus fonctionnels dotés de réseaux neuronaux entériques intégrés », explique Mahe. « En tirant parti d'un environnement de croissance défini, la capacité d'auto-organisation intrinsèque des cellules favorise la formation de structures tissulaires qui ressemblent étroitement au tube digestif humain. »
Jim Wells, docteur en philosophie, co-auteur de l'étude et directeur scientifique en chef chez CuSTOM, affirme que cette nouvelle technologie surmonte les principaux obstacles à la mise à l'échelle et au fonctionnement dans la recherche sur les organoïdes et la bioproduction.
« La simplicité, la reproductibilité et la polyvalence de cette plateforme la rendent accessible à une large adoption », explique Wells. « De plus, l'émergence d'un système nerveux auto-organisé au sein de ces organoïdes est particulièrement importante pour les études ultérieures sur les troubles neurodéveloppementaux. »
Un pas de plus vers les essais cliniques sur l'humain
Michael Helmrath, MD, chirurgien-chercheur au Cincinnati Children's Hospital et codirecteur de CuSTOM, travaille depuis plus de dix ans au développement d'organoïdes intestinaux suffisamment sophistiqués pour être transplantés chez des patients humains.
En 2017, Helmrath et ses collègues ont démontré comment combiner des cellules de la crête neurale avec des cellules du tissu intestinal dans un processus par couches pour créer les premiers organoïdes humains dotés d'une fonction nerveuse.
Son équipe a également démontré qu'il était possible d'agrandir les organoïdes intestinaux en les implantant chez une souris afin de leur fournir un apport sanguin. Depuis, les organoïdes intestinaux sont devenus de plus en plus sophistiqués, avec notamment des versions intégrant des cellules immunitaires en plus des cellules spécialisées de l'organe et des nerfs.
Le nouveau procédé, utilisant des rats au lieu de souris, permet désormais de produire des quantités de tissu encore plus importantes.
« Il est encore impossible de cultiver des organes humains complets et de taille normale dans une sorte de cuve, mais des recherches comme celle-ci ont permis de produire d'importantes quantités de tissus pouvant être directement adaptés à chaque patient », explique Helmrath. « Nous pensons que ces tissus, une fois transplantés, se développeraient et se multiplieraient pour s'intégrer à l'organe du patient et en restaurer les fonctions. »
Des travaux de recherche et de développement supplémentaires sont nécessaires avant que les organoïdes CCS ne soient prêts pour les essais cliniques chez l'humain, explique Helmrath. Mais si les succès se confirment, la médecine organoïde pourrait permettre de traiter davantage de nourrissons et d'enfants souffrant de dysfonctionnements organiques sans avoir recours à une transplantation d'organe complète.
https://medicalxpress.com/news/2026-05-3d-trays-human-gut-organoids.html