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Une équipe de recherche de l’Institut Max Planck de génétique moléculaire a réussi à reproduire une phase centrale du développement embryonnaire dans une approche de culture cellulaire, en faisant pousser pour la première fois la partie centrale du tronc, à partir de cellules souches embryonnaires de souris.

Le développement embryonnaire 

Des structures ont une taille d’environ un millimètre et possèdent un tube neural à partir duquel la moelle épinière se développerait. De plus, elles possèdent des somites, qui sont les précurseurs du squelette, du cartilage et des muscles. Certaines de ces structures développent même les précurseurs d’organes internes, notamment l’intestin.
« Ce modèle de développement embryonnaire ouvre une nouvelle ère », déclare Bernhard G. Herrmann. « Cela nous permet d’observer l’embryogenèse de la souris directement, en continu, et avec un grand nombre d’échantillons en parallèle – ce qui ne serait pas possible chez l’animal ».
On considère qu’il est assez facile d’isoler des embryons précoces du tube ou de l’utérus et de les cultiver dans la boîte de Pétri, tant qu’ils sont encore libres de se déplacer. Mais une fois que l’embryon s’est implanté dans l’endomètre, l’isolement devient extrêmement difficile. « Nous pouvons obtenir des résultats plus détaillés plus rapidement, et sans avoir recours à la recherche animale », explique Alexander Meissner. « Parmi les processus les plus complexes comme la morphogenèse, nous n’obtenons généralement que des instantanés – mais cela change avec notre modèle ».

Un gel fournit un support et une orientation spatiale

Jusqu’à présent, il n’a été possible de cultiver des groupes de cellules qu’à partir de cellules souches embryonnaires, appelées gastruloïdes. « Les assemblages cellulaires dans les gastruloïdes se développent dans une mesure similaire à celle de nos structures en forme de tronc, mais ils ne prennent pas l’apparence typique d’un embryon », explique Jesse Veenvliet, l’un des deux principaux auteurs de cette étude. « Les groupes de cellules manquent des signaux qui déclenchent leur organisation en un arrangement significatif ».
Dans notre culture cellulaire, le signal requis est généré par un gel spécial qui imite les propriétés de la matrice extracellulaire. Cette substance gélatineuse est constituée d’un mélange de molécules protéiques qui est sécrété par les cellules et se trouve dans tout le corps comme matériau de remplissage élastique, en particulier dans les tissus conjonctifs.
L’utilisation de ce gel est le « truc » crucial de cette nouvelle méthode. « Ce gel soutient les cellules cultivées et les oriente dans l’espace; elles peuvent par exemple distinguer l’intérieur de l’extérieur », explique M. Veenvliet. Elle empêche également les molécules de sécréter de la fibronectine, une protéine de la matrice, de s’infiltrer dans le milieu de culture cellulaire. « Ces cellules sont capables d’établir une meilleure communication, ce qui conduit à une meilleure auto-organisation ».

Des cellules aux propriétés similaires à celles de l’embryon

Après quatre à cinq jours, l’équipe a dissous les structures en cellules individuelles et les a analysées individuellement. « Même si tous les types de cellules ne sont pas présents dans les structures en forme de tronc, elles sont étonnamment similaires à un embryon du même âge », explique Adriano Bolondi, qui est également l’auteur principal d’un article.
Avec la bioinformaticienne Helene Kretzmer, Bolondi et Veenvliet ont comparé l’activité génétique de ces structures avec celle d’embryons de souris réels. « Nous avons constaté que tous les gènes marqueurs essentiels étaient activés au bon moment et aux bons endroits dans ces embryons, seul un petit nombre de gènes étant hors normes », explique M. Bolondi.
Les chercheurs ont introduit dans leur modèle une mutation dont les effets sur le développement sont connus et ont pu recréer ces résultats à partir d’embryons « réels », validant ainsi davantage leur modèle. Ils fournissent également des exemples de manipulation du processus de développement à l’aide d’agents chimiques.
Cette recherche a été publiée dans Science.
Source : Max-Planck-Gesellschaft
Crédit photo : Pixabay

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