Des scientifiques créent les premiers mini-poumons avec des vaisseaux sanguins intégrés, ouvrant de nouvelles perspectives sur les maladies vasculaires pulmonaires
infohightech ·
| Points clés à retenir : - Des chercheurs de l'UCLA ont créé les premiers organoïdes pulmonaires dotés de réseaux de vaisseaux sanguins organotypiques, marquant une avancée majeure dans la modélisation de la façon dont les poumons se développent naturellement dans le corps humain. - Les organoïdes pulmonaires vascularisés ont permis de mieux comprendre un trouble pulmonaire congénital qui était auparavant impossible à découvrir à l'aide de poumons conventionnels cultivés en laboratoire, ont déclaré les scientifiques. - Cette nouvelle méthode peut également être appliquée à la croissance de vaisseaux sanguins spécifiques à un organe dans d’autres mini-organes tels que les intestins et le côlon.- |
Des chercheurs de l'UCLA ont réussi à cultiver des poumons miniatures à partir de cellules souches, dotés de leurs propres réseaux de vaisseaux sanguins fonctionnels.
Ces travaux révolutionnaires, détaillés dans Cell , constituent la première création d'organoïdes pulmonaires dotés de systèmes vasculaires intégrés reproduisant fidèlement le développement des poumons dans le corps humain. Cette avancée ouvre la voie à la croissance potentielle d'autres modèles d'organes vascularisés, notamment les intestins et le côlon, offrant ainsi des outils inédits pour l'étude des maladies, le test de médicaments et le développement de traitements personnalisés.
« Les premiers stades du développement humain restent à bien des égards une boîte noire », a déclaré le Dr Mingxia Gu , auteur principal et membre du Centre Eli et Edythe Broad de médecine régénérative et de recherche sur les cellules souches de l'UCLA . « Cette nouvelle méthode de vascularisation des organoïdes pulmonaires s'attaque à cette boîte noire en reproduisant mieux le processus naturel de développement des organes. »
L'équipe de recherche, qui comprend des experts du Cincinnati Children's Hospital Medical Center, a déjà mis en œuvre le modèle organoïde avancé, l'utilisant pour découvrir de nouvelles perspectives sur une maladie pulmonaire congénitale rare et mortelle qui affecte les nouveau-nés.
Surmonter un goulot d'étranglement critique grâce à une découverte inattendue
Gu a commencé ce travail au début de la pandémie de COVID-19, alors que la recherche pulmonaire évoluait rapidement et bénéficiait d’une attention sans précédent.
S’appuyant sur son expérience en hypertension pulmonaire et en systèmes vasculaires, elle a remarqué une lacune majeure dans les modèles d’organoïdes pulmonaires conventionnels : ils manquaient des réseaux de vaisseaux sanguins essentiels à la fonction pulmonaire.
Pour résoudre ce problème, l'équipe a d'abord essayé l'approche d'assemblage classique, consistant à cultiver séparément des composants d'organes, en utilisant des marqueurs fluorescents pour suivre différents types de cellules, puis en les combinant ultérieurement. Les globules rouges étaient censés devenir des vaisseaux sanguins, tandis que les globules verts devaient devenir du tissu pulmonaire.
« Nous nous attendions à des réseaux vasculaires rouges et à un épithélium vert », explique Gu, également professeur associé d'anesthésiologie et de médecine périopératoire à l'UCLA. « Mais nous avons en fait découvert des réseaux vasculaires et un épithélium rouges, ce qui signifie que les deux types de cellules se développaient étonnamment simultanément à partir du même matériau de départ. »
Cette découverte inattendue a conduit l’équipe à abandonner l’approche d’assemblage, qui manque la fenêtre critique de co-développement précoce, et à développer une stratégie qui imite plus fidèlement la façon dont les poumons se forment réellement dans le corps humain.
En permettant au tissu pulmonaire et aux vaisseaux sanguins de croître ensemble dès le début, les mini-organes résultants ont démontré une plus grande diversité de types cellulaires, une meilleure structure tridimensionnelle, une survie cellulaire améliorée et un développement plus mature par rapport aux modèles d'organes cultivés en laboratoire précédents.
S'attaquer à des maladies qui ont toujours été difficiles à étudier
L'équipe a immédiatement mis en pratique les modèles de mini-poumons améliorés pour étudier une maladie pulmonaire congénitale appelée dysplasie alvéolo-capillaire avec désalignement des veines pulmonaires, ou ACDMPV. Cette maladie dévastatrice, caractérisée par de graves problèmes respiratoires, est causée par des mutations du gène FOXF1 et est incurable.
Les tentatives précédentes pour étudier cette maladie ont échoué parce que le gène défectueux affecte principalement les vaisseaux sanguins et les cellules de soutien, des composants absents des modèles organoïdes conventionnels.
Grâce à cette nouvelle méthode, les scientifiques ont pu prélever des cellules souches de patients porteurs de mutations FOXF1 et cultiver des organoïdes pulmonaires vascularisés qui ont recréé à la fois les défauts primaires des vaisseaux sanguins et les anomalies secondaires des tissus pulmonaires qui en résultent.
« Nous voulions montrer comment ce nouveau système organoïde offre aux chercheurs un outil puissant pour comprendre comment les vaisseaux sanguins se spécialisent pour différents organes et comment les différents types de cellules communiquent entre eux, tant au cours du développement normal que de la maladie », a déclaré Gu. « Ces organoïdes pulmonaires vascularisés peuvent être utilisés pour étudier toute maladie vasculaire pulmonaire. »
Rendre les mini-poumons encore plus réalistes
Même avec des vaisseaux sanguins intégrés, ces organoïdes pulmonaires ressemblent actuellement à des poumons humains au stade fœtal. Pour rendre ces mini-poumons plus utiles à la recherche médicale, l'équipe prévoit d'introduire des étirements mécaniques et une exposition à l'air – imitant les forces physiques de la respiration – afin de créer l'architecture des poumons humains plus matures.
L’équipe vise également à augmenter la production pour générer de grands lots de ces organoïdes avancés pour le développement et les tests de médicaments.
« Nous ouvrons ainsi une fenêtre sur les interactions intercellulaires aux premiers stades du développement humain, un domaine où nos connaissances étaient jusqu'ici limitées », a déclaré Gu. « Les scientifiques peuvent désormais utiliser plus efficacement des modèles de tissus humains pour étudier les maladies, tout en réduisant leur dépendance aux modèles animaux pour développer de nouveaux médicaments. »