Dans une étude récente publiée dans le Cellule journal, les chercheurs ont montré que les embryons synthétiques post-gastrulation (sEmbryos) pouvaient être synthétisés en dehors de l’utérus à l’aide de cellules souches embryonnaires (CSE) naïves de souris.
Sommaire
Arrière plan
Des études récentes ont démontré que les cellules souches cultivées in vitro présentant diverses capacités de développement après avoir été microinjecté dans des embryons préimplantatoires de mammifères pourrait contribuer aux tissus extra-embryonnaires ou embryonnaires.
Cependant, il est techniquement impossible de réintroduire des embryons en phase post-implantation dans l’utérus de l’hôte, et des plateformes appropriées pour l’embryogenèse hors de l’utérus après de tels stades embryonnaires ne sont pas encore disponibles, y compris pour les embryons naturels. Par conséquent, la capacité de développement de ces entités manque d’évaluations et d’optimisations. En outre, on ne sait pas si les cellules souches cultivées pourraient se développer indépendamment en entités ressemblant à des embryons entièrement gastrulants comprenant des compartiments extra-embryonnaires et embryonnaires.
Les auteurs de la présente étude ont récemment développé des plates-formes de culture dynamiques et statiques et des environnements de croissance permettant l’enregistrement continu de l’embryogenèse naturelle de la souris. Il a capturé l’embryogenèse de la pré-gastrulation aux phases tardives d’organogenèse en dehors de l’utérus. De plus, les scientifiques ont établi les conditions de croissance idéales pour les embryons de souris post-implantation, connus sous le nom de milieux de culture ex utero (EUCM). Ils ont démontré que les mécanismes de l’organogenèse et de la gastrulation chez une espèce de mammifère pouvaient être reconstitués conjointement et en continu de manière satisfaisante dans une boîte de Pétri.
À propos de l’étude
Dans l’étude actuelle, les scientifiques ont adapté leur plate-forme nouvellement développée pour ex utero développement d’embryons naturels pour créer des modèles d’embryons entiers synthétiques post-gastrulation de souris, c’est-à-dire des sEmbryos. L’équipe a évalué si, lors de l’incubation dans ces simulations ex utero milieux expérimentaux, cellules souches cultivées in vitro pourrait être utilisé pour recréer les processus d’organogenèse et de gastrulation dès le départ. Ils ont appelé ces modèles post-gastrulation avancés supposés ressemblant à des embryons comme Embryoïdes entiers synthétiques (SWEM) ou sEmbryos.
Les scientifiques ont cherché à savoir si la co-agrégation pendant environ cinq jours des trois lignées ESC naïves, iGata4, WT et iCdx2, après prétraitement à la doxycycline (DOX), pouvait produire des agrégats ressemblant à des cylindres d’œufs. in vitro et si les cellules ségrégaient selon leur amorçage transgénique. Ils ont examiné dans quelle mesure les populations débutantes en ESC naïves pouvaient produire des sEmbryos en forme de cylindre d’œuf qui pourraient se développer en phases post-gastrulation avancées. Ces populations ont ensuite été séparées en trois fractions en fonction d’un bref prétraitement avant la co-agrégation.
Les auteurs ont analysé si les sEmbryos reproduisaient les altérations morphologiques se produisant tout au long de la croissance naturelle de l’embryon. Ils ont évalué les sEmbryos avancés pour une expression spatiale et temporelle appropriée des marqueurs de lignée. En outre, l’équipe a exploré si les sEmbryos avancés pouvaient favoriser l’auto-organisation à l’aide de lignées TSC dérivées d’embryons (eTSC). Ils visaient à bien caractériser la formation de compartiments extra-embryonnaires dans les sEmbryos post-gastrulation.
Enfin, les chercheurs ont effectué une évaluation de séquençage de l’acide ribonucléique à cellule unique (scRNA-seq) pour vérifier la complexité de l’embryon de souris.
Résultats et discussions
Les chercheurs ont documenté que leur technologie à assistance électrique récemment formulée ex utero conditions et plate-forme de culture d’embryons, qui permettent une capture précise et continue de la gastrulation naturelle et de l’organogenèse de la souris en dehors de l’utérus, également pris en charge ex utero auto-organisation des sembryons post-gastrulation produits par la co-agrégation des cellules souches.
Les cellules souches pluripotentes naïves agrégées se regroupent pendant l’amorçage de la lignée pour former des modèles ressemblant à des embryons en forme de cylindre d’œuf et entièrement développés. Ces structures ressemblant à des embryons ont accompli la gastrulation et ont continué beaucoup plus loin pour établir des plis neuraux, le cerveau, le tube intestinal, le tube neural, le somite, le cœur battant et les progéniteurs d’autres organes.
Les sEmbryos décrits dans l’étude se sont développés dans des membranes extra-embryonnaires similaires aux embryons naturels sans la nécessité de voies de signalisation spécifiques induites de l’extérieur. Ces résultats mettent en évidence la capacité latente des cellules souches pluripotentes naïves à s’auto-organiser en structures sophistiquées, organisées et entières de type embryonnaire en dehors de l’utérus.
Les auteurs démontrent que le compartiment extra-embryonnaire à tige trophoblastique dans les sEmbryos avancés pourrait être produit exclusivement à partir de cellules souches pluripotentes naïves de souris et ne doit pas être acquis uniquement à partir de lignées TSC dérivées des embryons naturels. Ils ont souligné que la seule façon d’élargir les plates-formes expérimentales accessibles pour étudier la biologie de la croissance embryonnaire précoce de nombreuses espèces était de créer des sEmbryos de souris post-gastrulation et de n’initier qu’avec des ESC naïfs.
conclusion
Les résultats de l’étude indiquent que les sEmbryos actuellement développés abritaient à la fois des compartiments extra-embryonnaires et embryonnaires, en commençant exclusivement par des ESC naïfs. Pour cela, les ESC non transduits ont été co-agrégés avec des ESC naïfs exprimant de manière transitoire Gata4 et Cdx2 pour stimuler leur amorçage vers les lignées primitives d’endoderme et de trophectoderme, respectivement. Comparables aux embryons de souris au stade E8.5, les sEmbryos complètent de manière satisfaisante la gastrulation, progressent à travers les étapes de croissance critiques et génèrent des progéniteurs d’organes à l’intérieur de compartiments extra-embryonnaires complexes.
De plus, les données de l’étude ont démontré que les SWEM n’étaient pas similaires aux embryons. Cependant, les scientifiques ont mentionné que les SWEM pourraient être utilisés à l’avenir comme un modèle inestimable pour les fenêtres temporelles difficiles à atteindre dans les études d’embryologie de la croissance précoce pour modéliser les anomalies de la croissance humaine.
Dans l’ensemble, la présente étude a illustré que les cellules pluripotentes naïves ont la capacité flexible de s’auto-organiser, de reconstruire fonctionnellement et de modéliser l’ensemble de l’embryon de mammifère après la gastrulation.
