Un vaccin contre l’hépatite C échappe aux scientifiques depuis plus de 30 ans, pour plusieurs raisons. D’une part, le virus qui cause la maladie se présente sous de nombreuses formes génétiques, ce qui complique la création d’un vaccin largement efficace. D’autre part, l’étude de l’hépatite C a été difficile car les options chez les animaux sont limitées et les méthodes de laboratoire utilisant des cellules infectées n’ont pas suffisamment reflété la dynamique réelle de l’infection.
Maintenant, les chercheurs des instituts Gladstone ont développé une nouvelle plateforme pour étudier comment le système immunitaire humain réagit à l’infection par l’hépatite C. La méthode, présentée dans la revue scientifique Biologie ouverte, marie la technologie microfluidique (qui permet aux scientifiques de manipuler avec précision les fluides à l’échelle microscopique) avec des organoïdes hépatiques (amas de cellules tridimensionnelles qui imitent la biologie des vrais foies humains).
La structure 3D et la composition cellulaire des organoïdes hépatiques nous permettent d’étudier l’entrée et la réplication virales d’une manière physiologique très pertinente. »
Todd McDevitt, PhD, chercheur principal Gladstone, auteur principal de l’étude
« Notre approche permet une enquête plus contrôlée et précise sur la réponse immunitaire à l’infection par l’hépatite C », déclare Melanie Ott, MD, PhD, directrice du Gladstone Institute of Virology et autre auteur principal de l’étude. « Nous espérons que notre méthode accélérera la découverte d’un vaccin indispensable. »
Recréer l’interaction entre le foie et les cellules immunitaires
Le virus de l’hépatite C cible le foie. Après l’infection initiale, certaines personnes se rétablissent avec peu ou pas de symptômes, mais d’autres souffrent d’une infection à vie pouvant entraîner une maladie hépatique grave. Les médicaments peuvent traiter avec succès l’hépatite C, mais ils peuvent être difficiles d’accès ou difficiles à payer, et une personne qui a été traitée peut être réinfectée plus tard.
« Un vaccin efficace entraînerait le système immunitaire et empêcherait la réinfection par l’une des formes les plus courantes du virus », déclare Camille Simoneau, PhD, co-auteur principal de l’étude et chercheur postdoctoral dans le laboratoire d’Ott. « Cela aurait d’énormes avantages pour la santé publique dans le monde entier. »
Pour développer un tel vaccin, les scientifiques ont besoin de connaissances détaillées sur la manière dont le foie interagit avec le virus de l’hépatite C et le système immunitaire ; spécifiquement, les cellules T du système immunitaire. Cependant, il s’est avéré assez difficile d’amener des cellules hépatiques individuelles à interagir avec le virus d’une manière qui reflète de manière réaliste ce qui pourrait se passer dans le corps d’une personne infectée.
Ces dernières années, grâce en grande partie aux progrès réalisés par McDevitt et d’autres chercheurs de Gladstone, les organoïdes hépatiques 3D sont apparus pour fournir de nouvelles opportunités biologiquement plus réalistes pour étudier l’interaction entre les cellules hépatiques, le virus de l’hépatite C et les cellules T. Pourtant, les défis ont persisté.
« Jusqu’à présent, nous avons observé ces interactions dans des gouttelettes de fluide relativement grosses », explique Vaishaali Natarajan, PhD, co-auteur principal de l’étude et ancien chercheur postdoctoral Gladstone dans le laboratoire de McDevitt. « Mais il est difficile de suivre les organoïdes individuels dans les gouttelettes, ce qui limite ce que nous pouvons apprendre d’eux. »
Ainsi, les chercheurs ont décidé de déplacer l’ensemble du système sur une puce microfluidique, un dispositif doté d’un réseau de canaux minuscules qui permet un contrôle précis du positionnement des organoïdes et permet aux chercheurs de mieux observer leur interaction avec leur environnement.
Dans le nouveau système, les organoïdes hépatiques issus de cellules souches adultes sont intégrés à des positions fixes dans des canaux de la puce. Pendant ce temps, les cellules T en suspension dans le liquide sont capables de se déplacer librement à travers les canaux et d’interagir avec les organoïdes – ; similaire au mouvement des cellules T véhiculées par le sang dans le vrai tissu hépatique. Parce que les organoïdes sont fixés en place, les chercheurs peuvent les surveiller au fil du temps, ainsi que les cellules T, en utilisant des techniques de microscopie standard.
« Pour la première fois, nous pouvons observer de près ces interactions cellulaires dans un environnement de laboratoire d’une manière qui est biologiquement plus fidèle aux tissus impliqués dans l’infection par l’hépatite C », a déclaré Ott.
Préparer le terrain pour la découverte
Pour démontrer la promesse de leur nouveau système, les chercheurs ont d’abord voulu confirmer qu’il pouvait émuler la reconnaissance des cellules hépatiques infectées par les lymphocytes T.
Ainsi, ils ont cultivé des organoïdes hépatiques et les ont exposés à une molécule spécifique présente dans le virus de l’hépatite C. Après exposition, les cellules organoïdes présentaient cette molécule à leur surface, comme elles le feraient après une infection. Les chercheurs ont ensuite intégré les organoïdes dans une puce microfluidique et introduit des lymphocytes T dans leur environnement.
Ces cellules T, développées par Ann Erickson dans le laboratoire de l’auteur principal Stewart Cooper au California Pacific Medical Center Research Institute, ont été formées pour reconnaître la molécule à la surface des organoïdes.
Effectivement, les lymphocytes T ont détecté les cellules organoïdes qui présentaient la molécule virale et ont voyagé à travers les canaux microfluidiques pour les tuer, tout comme ils pourraient cibler et tuer les cellules infectées dans le corps afin de combattre l’hépatite C.
Parce que les chercheurs peuvent modifier avec précision l’environnement microfluidique en ajoutant ou en supprimant des substances, la plate-forme pourrait également être utilisée pour explorer de nombreux aspects supplémentaires de l’infection par l’hépatite C avec des détails sans précédent.
« Notre étude suggère que notre approche pourrait être utilisée pour identifier et étudier d’autres molécules virales qui provoquent une forte réponse immunitaire et ont le potentiel de former la base de nouveaux vaccins », déclare McDevitt. « Je suis ravi de voir où cette combinaison d’organoïdes et de microfluidique mènera ensuite. »
