Des scientifiques de l'Université de Cambridge ont utilisé des cellules souches humaines pour créer des structures tridimensionnelles ressemblant à des embryons qui reproduisent certains aspects du développement humain très précoce, notamment la production de cellules souches sanguines.
Les cellules souches du sang humain, également connues sous le nom de cellules souches hématopoïétiques, sont des cellules immatures qui peuvent se développer en n'importe quel type de cellule sanguine, y compris les globules rouges qui transportent l'oxygène et divers types de globules blancs essentiels au système immunitaire.
Les structures de type embryonnaire, que les scientifiques ont baptisées « hématoïdes », s'auto-organisent et commencent à produire du sang après environ deux semaines de développement en laboratoire, imitant le processus de développement des embryons humains.
Les structures diffèrent des embryons humains réels à bien des égards et ne peuvent pas s'y développer car il leur manque plusieurs tissus embryonnaires, ainsi que le sac vitellin et le placenta nécessaires à leur développement ultérieur.
Les hématoïdes recèlent un potentiel passionnant pour une meilleure compréhension de la formation du sang au début du développement humain, pour simuler des troubles sanguins comme la leucémie et pour produire des cellules souches sanguines durables pour les greffes.
Les cellules souches humaines utilisées pour dériver les hématoïdes peuvent être créées à partir de n’importe quelle cellule du corps. Cela signifie que cette approche recèle également un grand potentiel pour la médecine personnalisée à l'avenir, en permettant la production de sang entièrement compatible avec le corps du patient.
Bien qu'il existe d'autres méthodes pour générer des cellules souches sanguines humaines en laboratoire, celles-ci nécessitent un cocktail de protéines supplémentaires pour soutenir la croissance et le développement des cellules souches. La nouvelle méthode imite le processus de développement naturel, basé sur un modèle semblable à un embryon humain auto-organisé, dans lequel l'environnement de soutien intrinsèque des cellules pilote la formation de cellules sanguines et de cellules cardiaques battantes au sein du même système.
Les résultats sont publiés aujourd'hui dans la revue Rapports de cellules.
Ce fut un moment passionnant lorsque la couleur rouge sang est apparue dans le plat – elle était visible même à l'œil nu. »
Notre nouveau modèle imite le développement du sang fœtal humain en laboratoire. Ceci met en lumière la façon dont les cellules sanguines se forment naturellement au cours de l’embryogenèse humaine, offrant ainsi des avancées médicales potentielles pour tester des médicaments, étudier le développement précoce du sang et du système immunitaire et modéliser des troubles sanguins comme la leucémie. »
M. Jitesh Neupane, chercheur au Gurdon Institute de l'Université de Cambridge et premier auteur de l'étude
Le professeur Azim Surani du Gurdon Institute de l'Université de Cambridge, auteur principal de l'article, a déclaré : « Ce modèle offre une nouvelle façon puissante d'étudier le développement du sang dans le premier embryon humain. Bien qu'elle en soit encore à ses débuts, la capacité de produire des cellules sanguines humaines en laboratoire marque une étape importante vers de futures thérapies régénératives – qui utilisent les propres cellules d'un patient pour réparer et régénérer les tissus endommagés.
Le Dr Geraldine Jowett du Gurdon Institute de l'Université de Cambridge, co-premier auteur de l'étude, a déclaré : « Les hématoïdes capturent la deuxième vague de développement sanguin qui peut donner naissance à des cellules immunitaires spécialisées ou à des cellules lymphoïdes adaptatives, comme les cellules T, ouvrant des voies passionnantes pour leur utilisation dans la modélisation du développement sanguin sain et cancéreux. »
Structures auto-organisées
Le nouveau modèle de type embryon humain simule les changements cellulaires qui se produisent au cours des tout premiers stades du développement humain, lorsque nos organes et notre système sanguin commencent à se former.
L’équipe a observé l’émergence des hématoïdes tridimensionnels au microscope en laboratoire. Dès le deuxième jour, ceux-ci s'étaient auto-organisés en trois couches germinales – appelées ectoderme, mésoderme et endoderme – qui constituent les fondements du plan du corps humain qui sont cruciaux pour façonner chaque organe et tissu, y compris le sang.
Au huitième jour, des cellules cardiaques battantes s’étaient formées. Ces cellules finissent par donner naissance au cœur d’un embryon humain en développement.
Au treizième jour, l’équipe a vu des taches rouges de sang apparaître dans les hématoïdes. Ils ont également développé une méthode démontrant que les cellules souches sanguines des hématoïdes peuvent se différencier en différents types de cellules sanguines, y compris des cellules immunitaires spécialisées, telles que les lymphocytes T.
Mettre en lumière le développement humain précoce
Les modèles d'embryons dérivés de cellules souches sont essentiels pour faire progresser nos connaissances sur le développement humain précoce.
Les cellules sanguines des hématoïdes se développent jusqu’à un stade qui correspond à peu près à la quatrième ou à la cinquième semaine du développement embryonnaire humain. Ce tout premier stade de la vie ne peut pas être observé directement sur un embryon humain réel, car il s'est alors implanté dans le ventre de la mère.
Il existe des réglementations claires régissant les modèles d’embryons humains basés sur des cellules souches, et toutes les recherches modélisant le développement d’embryons humains doivent être approuvées par des comités d’éthique avant de se poursuivre. Cette étude a reçu les approbations nécessaires et le document qui en résulte a été examiné par des pairs.
Les scientifiques ont breveté ce travail par l'intermédiaire de Cambridge Enterprise, la branche innovation de l'Université de Cambridge, qui aide les chercheurs à traduire leurs travaux en un impact économique et social de premier plan à l'échelle mondiale.
