Pour la première fois, des chercheurs ont créé un atlas unicellulaire de la peau humaine prénatale pour comprendre comment la peau se forme et ce qui ne va pas en cas de maladie.
Des chercheurs du Wellcome Sanger Institute de l’Université de Newcastle et leurs collaborateurs ont utilisé le séquençage de cellules uniques et d’autres techniques génomiques pour créer l’atlas et découvrir comment se forme la peau humaine, y compris les follicules pileux. Ces connaissances pourraient être utilisées pour créer de nouveaux follicules pileux en médecine régénérative et dans les greffes de peau pour les brûlés.
Dans l'étude, publiée aujourd'hui (16 octobre) dans Naturel'équipe a également créé un « mini-organe » de peau dans un plat ayant la capacité de faire pousser des cheveux. En utilisant l'organoïde, ils ont montré comment les cellules immunitaires jouent un rôle important dans la réparation de la peau sans cicatrice, ce qui pourrait conduire à des applications cliniques pour prévenir les cicatrices après une intervention chirurgicale ou la guérison sans cicatrice après une blessure.
Dans le cadre de l'Atlas des cellules humaines, qui cartographie tous les types de cellules du corps humain pour transformer la compréhension de la santé et des maladies, les chercheurs proposent une « recette » moléculaire pour construire la peau et un nouveau modèle organoïde pour étudier les maladies congénitales de la peau.
La peau est le plus grand organe du corps humain, mesurant en moyenne deux mètres carrés. Il constitue une barrière protectrice, régule la température de notre corps et peut se régénérer. La peau se développe dans l’environnement stérile de l’utérus, avec tous les follicules pileux formés avant la naissance – il y a un cycle folliculaire après la naissance, mais aucun nouveau follicule n’est produit. Avant la naissance, la peau a la capacité unique de guérir sans laisser de cicatrices.
Il a été très difficile d’étudier le développement de la peau humaine, car les modèles animaux présentent des différences essentielles. Dans le cadre de l’Atlas des cellules humaines, une équipe de chercheurs se concentre sur l’étude de la construction de la peau humaine. Comprendre comment la peau se développe, où se trouvent les cellules dans l'espace et dans le temps et le rôle de la génétique aidera à révéler comment des mutations spécifiques provoquent des troubles cutanés congénitaux, tels que des troubles vésicaux et une peau squameuse.
Dans cette nouvelle étude, des chercheurs du Wellcome Sanger Institute de l’Université de Newcastle et leurs collaborateurs ont créé le premier atlas unicellulaire et spatial de la peau prénatale humaine.
L’équipe a utilisé des échantillons de tissus cutanés prénatals, qu’ils ont décomposés pour examiner des cellules individuelles en suspension, ainsi que des cellules en place dans le tissu. Les scientifiques ont utilisé le séquençage unicellulaire de pointe et la transcriptomique spatiale pour analyser les cellules individuelles dans l’espace et dans le temps, ainsi que les changements cellulaires qui régulent le développement de la peau et des follicules pileux. Ils ont décrit les étapes qui décrivent la formation des follicules pileux humains et ont identifié les différences par rapport aux follicules pileux de souris.
En utilisant des cellules souches adultes, les chercheurs ont également créé un « mini-organe » de peau dans une assiette, appelé organoïde, doté de la capacité de faire pousser des cheveux. Ils ont comparé les caractéristiques moléculaires des organoïdes cutanés avec celles de la peau prénatale et ont découvert que le modèle organoïde cutané ressemblait plus à la peau prénatale qu'à la peau adulte.
L’équipe a découvert que les vaisseaux sanguins ne se formaient pas dans l’organoïde cutané ni dans la peau prénatale. En ajoutant des cellules immunitaires appelées macrophages à l'organoïde, ils ont découvert que les macrophages favorisaient la formation de vaisseaux sanguins, et l'équipe a entrepris une imagerie 3D pour évaluer la formation de vaisseaux sanguins dans le tissu.
On sait que ces cellules immunitaires protègent la peau des infections. Cependant, c’est la première fois qu’il est démontré que les macrophages jouent un rôle clé dans la formation de la peau humaine au début du développement en favorisant la croissance des vaisseaux sanguins. Cela offre une option pour améliorer la vascularisation d’autres organoïdes tissulaires.
L’équipe a également analysé les différences dans les types de cellules entre la peau prénatale et la peau adulte. Ils montrent comment les macrophages jouent un rôle important dans la réparation cutanée sans cicatrice de la peau prénatale, ce qui pourrait conduire à des applications cliniques pour éviter les cicatrices après une intervention chirurgicale ou une blessure.
À la suite de cette étude, l’équipe propose une « recette » moléculaire sur la façon dont la peau humaine est construite et dont les follicules pileux se forment. Ces connaissances pourraient être utilisées dans la création de nouveaux follicules pileux pour la médecine régénérative, comme pour les greffes de peau chez les brûlés ou ceux souffrant d’alopécie cicatricielle.
L'atlas prénatal de la peau humaine sera également utilisé pour identifier dans quelles cellules les gènes sont actifs ou exprimés, connus pour provoquer des troubles congénitaux des cheveux et de la peau, tels que des troubles des ampoules et une peau squameuse. Les chercheurs ont découvert que les gènes impliqués dans ces troubles sont exprimés dans la peau prénatale, c’est-à-dire qu’ils proviennent de l’utérus. Les organoïdes cutanés créés dans cette étude offrent un modèle nouveau et précis pour étudier ces maladies.
Le Dr Elena Winheim, co-premier auteur du Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « Avec notre atlas prénatal de la peau humaine, nous avons fourni la première « recette » moléculaire pour fabriquer la peau humaine et découvert comment les follicules pileux humains se forment avant la naissance. Ces connaissances ont un potentiel clinique incroyable et pourraient être utilisées en médecine régénérative, pour proposer des greffes de peau et de cheveux, par exemple pour les brûlés ou ceux souffrant d’alopécie cicatricielle.
Nous sommes ravis d'avoir créé un modèle organoïde de peau qui fait pousser les cheveux. Dans ce processus, nous avons découvert un nouveau rôle important des cellules immunitaires dans la promotion de la croissance des vaisseaux sanguins dans les tissus cutanés en développement, ce qui pourrait contribuer à améliorer d’autres modèles organoïdes. Ces cellules immunitaires, appelées macrophages, semblent également jouer un rôle clé dans la réparation cutanée sans cicatrice de la peau prénatale. Nos résultats pourraient éclairer les progrès cliniques pour éviter les cicatrices après la chirurgie.
M. Hudaa Gopee, co-premier auteur, Université de Newcastle
Le professeur Muzlifah Haniffa, co-auteur principal et responsable par intérim de la génétique cellulaire au Wellcome Sanger Institute, a déclaré : « Notre atlas prénatal de la peau humaine et notre modèle organoïde fournissent à la communauté des chercheurs des outils disponibles gratuitement pour étudier les maladies congénitales de la peau et explorer les possibilités de la médecine régénérative. Nous faisons des progrès passionnants vers la création de l’Atlas des cellules humaines, la compréhension des étapes biologiques de la façon dont les humains sont construits et l’investigation de ce qui ne va pas en cas de maladie.