Nouvelle méthode pour faire pousser des embryons en dehors de l’utérus

Observer comment une petite boule de cellules identiques en passe de devenir un embryon de mammifère s’attache d’abord à une paroi utérine en attente, puis se développe en système nerveux, cœur, estomac et membres: c’est un graal très recherché dans le domaine de l’embryon. développement depuis près de 100 ans. Le professeur Jacob Hanna du Weizmann Institute of Science et son groupe ont maintenant accompli cet exploit.

La méthode qu’ils ont créée pour faire croître des embryons de souris en dehors de l’utérus au cours des étapes initiales après l’implantation de l’embryon donnera aux chercheurs un outil sans précédent pour comprendre le programme de développement codé dans les gènes, et elle peut fournir un aperçu détaillé des anomalies congénitales et du développement ainsi que celles impliquées. dans l’implantation d’embryons. Les résultats de cette recherche ont été publiés dans La nature.

Hanna, qui est dans le département de génétique moléculaire de l’Institut, explique qu’une grande partie de ce que l’on sait sur le développement embryonnaire des mammifères aujourd’hui provient soit de l’observation du processus chez des non-mammifères comme les grenouilles ou les poissons qui pondent des œufs transparents, soit en obtenant des images statiques de souris disséquées. embryons et les ajouter ensemble. L’idée de cultiver des embryons précoces en dehors de l’utérus existe depuis avant les années 1930, ajoute-t-il, mais les expériences basées sur ces propositions ont eu un succès limité et les embryons avaient tendance à être anormaux.

L’équipe de Hanna a décidé de renouveler cet effort afin de faire progresser la recherche dans son laboratoire, qui se concentre sur la manière dont le programme de développement est mis en œuvre dans les cellules souches embryonnaires. Pendant sept ans, par essais et erreurs, mise au point et double vérification, son équipe a mis au point un processus en deux étapes dans lequel ils ont pu faire pousser des embryons de souris en développement normal en dehors de l’utérus pendant six jours – environ un tiers de leur 20 jours de gestation – date à laquelle les embryons avaient déjà un plan corporel bien défini et des organes visibles.

Pour nous, c’est la partie la plus mystérieuse et la plus intéressante du développement embryonnaire, et nous pouvons maintenant l’observer et l’expérimenter avec des détails étonnants. « 

Prof. Jacob Hanna, Institut des sciences Weizmann

La recherche a été dirigée par Alejandro Aguilera-Castrejon, le Dr Bernardo Oldak, le regretté Dr Rada Massarwa et le Dr Noa Novershtern dans le laboratoire de Hanna et le Dr Itay Maza, un ancien étudiant de Hanna maintenant dans le campus de soins de santé de Rambam du Technion – Institut israélien de technologie.

Pour la première étape, qui a duré environ deux jours, les chercheurs ont commencé avec des embryons de souris vieux de plusieurs jours – juste après qu’ils se seraient implantés dans l’utérus. A ce stade, les embryons étaient des boules constituées de 250 cellules souches identiques. Ceux-ci ont été placés sur un milieu de croissance spécial dans une boîte de laboratoire et l’équipe a obtenu les boules à attacher à ce milieu comme elles le feraient à la paroi utérine. Avec cette étape, ils ont réussi à dupliquer la première étape du développement embryonnaire, dans laquelle l’embryon double et triple de taille, car il se différencie en trois couches: interne, moyenne et externe.

Au-delà de deux jours, alors que les embryons entraient dans la prochaine étape de développement – la formation d’organes à partir de chacune des couches – ils avaient besoin de conditions supplémentaires. Pour cette deuxième étape, les scientifiques ont placé les embryons dans une solution nutritive dans de minuscules béchers, plaçant les béchers sur des rouleaux qui maintenaient les solutions en mouvement et continuellement mélangées. Ce mélange semble avoir aidé à garder les embryons, qui se développaient sans flux sanguin maternel vers le placenta, baignés de nutriments. En plus de réguler soigneusement les nutriments dans les béchers, l’équipe a appris dans d’autres expériences à contrôler étroitement les gaz, l’oxygène et le dioxyde de carbone – pas seulement les quantités, mais aussi la pression du gaz.

Pour vérifier si les processus de développement qu’ils observaient tout au long des deux étapes étaient normaux, l’équipe a effectué des comparaisons minutieuses avec des embryons prélevés sur des souris gravides au cours de la période pertinente, montrant que la séparation en couches et la formation des organes étaient presque identiques dans le deux groupes. Dans des expériences ultérieures, ils ont inséré dans les embryons des gènes qui marquaient les organes en croissance avec des couleurs fluorescentes. Le succès de cette tentative a suggéré que d’autres expériences avec ce système impliquant diverses manipulations génétiques et autres devraient produire des résultats fiables. «Nous pensons que vous pouvez injecter des gènes ou d’autres éléments dans les cellules, modifier les conditions ou infecter l’embryon avec un virus, et le système que nous avons démontré vous donnera des résultats compatibles avec le développement à l’intérieur d’un utérus de souris», déclare Hanna.

« Si vous donnez à un embryon les bonnes conditions, son code génétique fonctionnera comme une ligne prédéfinie de dominos, disposés pour tomber les uns après les autres », ajoute-t-il. « Notre objectif était de recréer ces conditions, et maintenant nous pouvons regarder, en temps réel, chaque domino frapper le suivant en ligne. » Entre autres choses, explique Hanna, la méthode réduira le coût et accélérera le processus de recherche dans le domaine de la biologie du développement, tout en réduisant le besoin d’animaux de laboratoire.

En fait, la prochaine étape dans le laboratoire de Hanna sera de voir s’ils peuvent sauter l’étape d’élimination des embryons de souris gravides. Lui et son équipe ont l’intention d’essayer de créer des embryons artificiels fabriqués à partir de cellules souches pour une utilisation dans cette recherche. Entre autres, ils espèrent mettre leur nouvelle méthode au travail pour répondre à des questions telles que pourquoi tant de grossesses ne parviennent pas à s’implanter, pourquoi la fenêtre d’implantation est si courte, comment les cellules souches perdent progressivement leur «tige» au fur et à mesure que la différenciation progresse et quelles conditions pendant la gestation peut entraîner ultérieurement des troubles du développement.