Malgré le fait que nous commençons tous comme un ovule dans l’un des ovaires de notre mère, ces organes reproducteurs humains sont étonnamment sous-étudiés. Les scientifiques ont travaillé à la création in vitro modèles d’ovaires humains afin que nous puissions en apprendre davantage à leur sujet et développer des traitements pour les affections ovariennes, mais la plupart des modèles existants utilisent une combinaison de cellules humaines et de souris, qui ne reproduisent pas fidèlement les fonctions ovariennes humaines et mettent beaucoup de temps à se développer en laboratoire .
Aujourd’hui, des chercheurs du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de l’Université Harvard, de la Harvard Medical School (HMS) et de l’Université Duke, en collaboration avec Gameto, une société de biotechnologie développant des thérapies pour améliorer le parcours reproductif féminin, ont créé un organoïde ovarien vivant et entièrement humain. qui soutient la maturation des ovules, développe des follicules et sécrète des hormones sexuelles. Ce modèle « ovaroïde » permet l’étude de la biologie ovarienne humaine sans qu’il soit nécessaire de prélever des tissus sur des patientes, et pourrait permettre le développement de nouveaux traitements pour des conditions telles que l’infertilité, le cancer de l’ovaire, etc. Grâce à un accord avec l’Office of Technology Development (OTD) de Harvard, cette technologie a été concédée sous licence à Gameto, qui l’utilise pour développer des traitements contre les maladies de l’appareil reproducteur féminin. Les ovoïdes sont décrits en détail dans un nouvel article publié aujourd’hui dans eLife.
Notre nouvelle méthode de production d’ovoïdes entièrement humains est plusieurs fois plus rapide que les méthodes hybrides homme/souris existantes et reproduit bon nombre des fonctions critiques de ces organes, marquant une avancée significative dans notre capacité à étudier la santé reproductive des femmes en laboratoire. À l’avenir, une technologie similaire pourrait également traiter l’infertilité en cultivant des ovules de personnes dont les propres ovules ne sont pas viables. »
Merrick Pierson Smela, co-premier auteur, étudiant diplômé dans le laboratoire de George Church, Ph.D. à l’Institut Wyss et HMS
Un échafaudage somatique de soutien à partir de cellules souches
L’ovaire en développement contient à la fois des cellules germinales, qui se transforment en ovules, et des cellules somatiques, qui soutiennent les cellules germinales. Les modèles de laboratoire actuels d’ovaires utilisent des cellules germinales humaines et des cellules somatiques de souris, mais Smela et ses co-auteurs voulaient voir s’ils pouvaient amadouer les cellules souches humaines pour qu’elles se transforment en ovaires fonctionnels et entièrement humains avec les deux principaux types de cellules. Ils ont décidé de concentrer leurs efforts sur les cellules de la granulosa, un type de cellule somatique ovarienne qui soutient le développement d’ovules non fécondés dans les follicules et sécrète les hormones sexuelles estradiol et progestérone. Aucune méthode n’existait à l’époque pour générer efficacement des cellules de la granulosa à partir de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (iPSC), ils ont donc décidé de créer les leurs.
Le domaine en plein essor de la technologie iPSC est basé sur la découverte que l’introduction de protéines appelées facteurs de transcription (TF) – qui se lient directement à l’ADN et contrôlent si certains gènes sont activés ou désactivés – dans les iPSC humains peut les guider pour se différencier en différents types de cellules comme les neurones, les fibroblastes et bien d’autres. L’équipe a choisi de poursuivre cette stratégie pour produire des cellules de la granulosa humaine et a commencé par passer au peigne fin des ensembles de données pour identifier les TF qui sont exprimés différemment dans les cellules de la granulosa par rapport aux autres types de cellules. Ils ont trouvé 35 TF candidats et ont utilisé une technique appelée « transposition piggyBac » pour insérer les gènes codant pour ces TF dans les génomes des iPSC.
Après avoir induit l’expression de leurs TF cibles dans les CSPi, ils ont criblé les cellules pour voir lesquelles produisaient également une protéine appelée FOXL2, qui est une caractéristique connue des cellules de la granulosa. Ils ont identifié six principaux TF associés à l’expression de FOXL2 : NR5A1, RUNX1/RUNX2, TCF21, GATA4, KLF2, et NR2F2. Ils ont ensuite testé différentes combinaisons de ces meilleurs candidats et ont constaté que NR5A1 et soit RUNX1 ou RUNX2 FOXL2 constamment régulé à la hausse. Ces combinaisons ont également entraîné l’expression de deux protéines appelées AMHR2 et CD82, qui sont des marqueurs de surface trouvés sur les cellules de la granulosa.
Les chercheurs ont ensuite examiné le transcriptome complet de leurs nouvelles cellules et ont découvert qu’elles exprimaient un certain nombre d’autres gènes connus pour être actifs dans les cellules de la granulosa. En comparant leurs données avec d’autres études sur les cellules ovariennes fœtales humaines, ils ont découvert que leurs cellules étaient les plus similaires dans leur expression génique aux cellules de la granulosa dans un ovaire humain à 12 semaines de gestation – mais n’avaient pris que cinq jours pour générer en utilisant leur nouvelle méthode.
L’équipe devait maintenant s’assurer que ces nouvelles cellules de type granulosa reproduisaient également les fonctions normales des cellules de la granulosa. L’une de ces fonctions est la production d’estradiol à partir de la molécule précurseur androstènedione, qui est stimulée dans l’ovaire par la présence de l’hormone folliculo-stimulante (FSH). Les chercheurs ont traité leurs cellules ressemblant à la granulosa avec de l’androstènedione, puis ont ajouté de la FSH. Les cellules ont produit avec succès de l’œstradiol à partir d’androstènedione sans l’ajout de FSH, et ont augmenté leur production lorsque la FSH a été ajoutée. Ils ont également produit de la progestérone, que les cellules de la granulosa sécrètent après l’ovulation.
100% humain dans 16% du temps
Maintenant qu’ils étaient convaincus que leurs cellules ressemblant à la granulosa fonctionnaient un peu comme la vraie chose, les chercheurs les ont co-cultivées avec des cellules germinales primordiales humaines (hPGCLC) pour former des organoïdes ovariens ou « ovoïdes » qui comprenaient à la fois des cellules germinales et somatiques. cellules.
« Créer les cellules de la granulosa par elles-mêmes était une réalisation importante, mais fabriquer un ovoïde uniquement à partir de cellules de la granulosa ne nous dirait rien sur leur capacité à soutenir la maturation des cellules germinales, ce que nous voulions pouvoir étudier. in vitro« , a déclaré le co-premier auteur Christian Kramme, Ph.D., vice-président de l’ingénierie cellulaire chez Gameto et ancien étudiant diplômé du groupe Church à l’Institut Wyss et HMS. « Ce processus avait été reproduit précédemment en utilisant des hPGCLC et des somatiques de souris. cellules, mais avec cette nouvelle technologie, nous avons maintenant la capacité de le faire avec un modèle entièrement humain. »
Après quatre jours de co-culture de leurs cellules de type granulosa avec des hPGCLC, les ovoïdes résultants ont commencé à produire une protéine appelée DAZL, qui est un marqueur des cellules germinales qui ont entamé leur parcours de maturation. En revanche, les ovoïdes fabriqués avec des cellules somatiques de souris n’ont exprimé DAZL qu’au jour 32. Les cellules germinales humaines n’ont pas vécu assez longtemps pour se développer davantage en ovules, mais les ovoïdes humains ont commencé à former des structures vides ressemblant à des follicules composées de la granulosa. -like après environ 16 jours, malgré le fait qu’il n’y avait pas d’ovules présents. Au jour 70, de nombreux follicules de différentes tailles s’étaient formés dans les ovoïdes, dont certains avaient développé plusieurs couches caractéristiques des follicules matures capables de supporter un ovule.
« La production efficace d’ovoïdes entièrement humains qui reproduisent la signalisation hormonale, la maturation des cellules germinales et la formation de follicules observées dans l’ovaire humain est un exploit en soi, mais le fait que cela puisse être fait en cinq jours au lieu du mois requis avec des ovoïdes hybrides humains/souris accélérera considérablement la découverte d’informations critiques sur la santé et la reproduction des femmes », a déclaré l’auteur principal Church, qui est membre du corps professoral de l’Institut Wyss ainsi que professeur de génétique au HMS.
L’équipe Wyss poursuit le développement de son modèle d’ovoïde humain et prévoit d’intégrer d’autres types de cellules ovariennes, y compris des cellules thèques productrices d’hormones, afin de reproduire plus complètement les fonctions complexes de l’ovaire humain. Ils espèrent également améliorer leur système de culture pour permettre à leurs cellules germinales de se développer pleinement en ovules, et déterminer le dosage optimal des différents TF. Gameto, quant à lui, a mené des études précliniques d’un système de co-culture dérivé pour la maturation des ovules chez l’homme avec les principales cliniques nationales de fertilité.
« La moitié de la population humaine est une femme, et pourtant, historiquement, la santé des femmes n’a pas reçu l’attention ou le financement accordé aux affections qui affectent les hommes. Je suis très excitée de voir cette avancée importante dans la possibilité d’étudier les ovaires humains. dans le laboratoire, et attendons avec impatience les informations qu’un tel modèle fournira sur la santé et les maladies reproductives féminines », a déclaré le directeur fondateur de Wyss, Don Ingber, MD, Ph.D. Ingber est aussi le Judah Folkman Professeur de biologie vasculaire au HMS et au Boston Children’s Hospital, et professeur Hansjörg Wyss d’ingénierie bioinspirée à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
Parmi les autres auteurs de l’article figurent Patrick Fortuna, Jessica Adams, Alina Su et Edward Dong du Wyss Institute ; Mutsumi Kobayashi, Toshi Shioda et Garyk Brixi du HMS ; Pranam Chatterjee de l’Université Duke ; Emma Tysinger du MIT ; et l’ancien membre du Wyss Institute Richie Kohman, qui est maintenant CSO du Wyss Center for Bio and Neuroengineering.
Cette recherche a été soutenue par le Wyss Institute de l’Université de Harvard, Harvard OTD, a parrainé des accords de recherche entre le Wyss Institute et les partenaires industriels Gameto et Colossal, et la National Science Foundation.
