Les chercheurs ont utilisé des organoïdes – ; Cultures cellulaires 3D semblables à des organes, étroitement emballées – ; comme modèles pour étudier le développement des organes, la maladie et la découverte de médicaments avec un excellent succès. Cependant, la plupart des méthodes d’imagerie existantes sont limitées dans leur capacité à capturer des informations structurelles et peuvent prendre des heures pour générer un résultat.
Maintenant, une équipe multi-institutionnelle de chercheurs dirigée par Chao Zhou, professeur agrégé de génie biomédical à la McKelvey School of Engineering de l’Université de Washington à St. Louis, a utilisé la tomographie par cohérence optique (OCT) pour voir les organoïdes cardiaques humains battre et se développer sur temps. L’OCT est une méthode d’imagerie rapide, sûre et non invasive qui détecte les différences dans la façon dont les tissus réfractent la lumière et peut acquérir des images 3D haute résolution avec une profondeur allant jusqu’à 1 à 2 millimètres en moins d’une minute.
Une version pré-preuve des résultats a été publiée en ligne dans la revue Biosensors and Bioelectronics le 9 mars.
Les collaborateurs de Zhou à la Michigan State University, dont Aitor Aguirre, professeur adjoint de génie biomédical, ont utilisé des cellules souches pluripotentes induites par l’homme pour créer les organoïdes du cœur humain, qui vont de plusieurs centaines de micromètres à 1 millimètre de diamètre, puis le laboratoire de Zhou les a recréés en utilisant le même protocole. L’équipe de Zhou a ensuite utilisé deux formes d’imagerie pour examiner de plus près la structure et l’activité de l’organoïde, ce qui donne un aperçu des chambres, des vaisseaux sanguins, des valves cardiaques et d’autres structures du cœur.
Yixuan Ming, un associé postdoctoral du laboratoire de Zhou, a utilisé l’OCT pour imager les organoïdes du cœur humain pendant 30 jours, y compris tous les jours du jour 1 au jour 22, puis tous les deux jours jusqu’au jour 30. Au jour 3, tous les organoïdes avaient développé de petites chambres et caries. Au jour 14 dans un organoïde, il y avait 36 cavités indépendantes de différentes tailles, et au jour 16, le nombre total de cavités était tombé à 11 alors que les plus petites cavités fusionnaient pour former de plus grandes cavités, fournissant des indices sur la façon dont les quatre chambres du cœur se développent. .
« L’OCT nous a permis de voir les chambres internes qui se forment à l’intérieur de l’organoïde ainsi que le remodelage et la restructuration actifs », a déclaré Zhou, un leader internationalement reconnu de l’OCT, qui est bien établi pour l’imagerie de la rétine humaine. « Personne ne sait comment le cœur humain se développe, car au stade embryonnaire précoce, il n’y a aucun moyen d’y accéder. Des modèles comme celui-ci nous permettent d’avoir un aperçu supplémentaire du développement du cœur sans causer de dommages. »
En utilisant l’imagerie calcique avec des lignées cellulaires GCaMP6f, l’équipe de Zhou a observé que les organoïdes du cœur humain se contractaient ou battaient, alimentés par un signal électrique généré naturellement. Le calcium fait se contracter les cellules et crée un signal fluorescent lumineux pour l’imagerie. L’équipe a également pu voir une structure naturelle semblable à une valve qui divisait l’organoïde en chambres à l’aide de l’OCT.
Ces méthodes nous ont permis de voir ce que fait réellement le cœur. C’est très excitant de voir la structure en forme de valve se développer spontanément et de la regarder s’ouvrir et se fermer. »
Chao Zhou, professeur agrégé de génie biomédical, McKelvey School of Engineering, Université de Washington à St. Louis
Ensuite, Zhou et ses collaborateurs prévoient d’utiliser l’optogénétique, une méthode dans laquelle des faisceaux de lumière sont utilisés pour ouvrir et fermer les canaux ioniques, sur les organoïdes du cœur humain.
« Maintenant, ils battent spontanément, mais si nous ajoutons de la lumière aux cellules cardiaques, nous avons un moyen d’entraîner le cœur, d’ajouter une charge supplémentaire et de le faire battre plus vite ou plus lentement », a déclaré Zhou. « Nous pouvons les aider à mûrir en leur donnant différents défis en faisant la lumière. »
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