Les chercheurs ont développé un nouveau modèle de laboratoire cultivé à partir de cellules souches qui reproduisent le sac amniotique humain au cours des deux à quatre premières semaines après la fertilisation.
La structure, qui, selon les chercheurs, est le modèle amniotique le plus avancé et le plus mature jamais créé, pourrait offrir de nouveaux aperçus sur le développement humain et conduire à des produits cellulaires pour les procédures médicales, des traitements de brûlure à la reconstruction de la cornée, l’équipe rapportée dans une étude publiée le 10 juillet dans la revue dans la revue Cellule.
L’embryon humain croissant n’est pas le seul à faire son parcours de développement. « Les tissus de soutien comme le placenta, comme le sac amniotique, grandissent avec l’embryon et sont vraiment importants pour la croissance et la survie de l’embryon », a déclaré le co-auteur de l’étude Silvia Santosun chef de groupe au Francis Crick Institute à Londres.
Le sac amniotique est un ballon biologique rempli de liquide qui coussins et protège l’embryon en croissance. Le liquide qu’il contient est considéré comme essentiel pour un développement sain d’embryons. Mais il n’a pas été facile d’étudier cette interaction entre l’embryon et son entourage, en grande partie parce que cette étape de développement est logistiquement difficile et éthiquement lourde pour étudier à l’intérieur des êtres humains.
Les tentatives antérieures de modélisation du sac amniotique dans le laboratoire n’ont pas pu reproduire sa structure 3D complexe, qui a deux couches cellulaires distinctes. En outre, les modèles précédents n’étaient pas durés seulement quelques jours, ce qui rend plus difficile le fait d’avoir un aperçu du processus de développement étendu.
En revanche, les nouveaux modèles cellulaires de Santos, appelés amnioïdes post-gastrulation (PGAS), peuvent survivre dans leurs plats de laboratoire pendant au moins trois mois et se développer au même degré qu’un sac amniotique vieux d’un mois. Remarquablement, ils atteignent également une taille similaire – jusqu’à environ un pouce (2,5 centimètres).
« Ce sont de petites balles de golf », a déclaré Santos à Live Science. Les PGAS forment également la structure distincte de deux couches du sac amniotique.
Pour y parvenir, l’équipe de Santos a utilisé une nouvelle méthode de culture cellulaire. Ils ont commencé avec des cellules souches embryonnaires, qui peuvent se développer pour devenir tout autre type de cellule dans le corps s’ils sont poussés par des molécules de signalisation spécifiques. L’équipe a exposé ces cellules à deux de ces signaux, appelés BMP4 et Chir. Ils se sont assurés d’espacer les signaux, ajoutant BMP4 au cours des 24 premières heures de croissance, suivis de Chir pendant 24 heures supplémentaires.
Ensuite, les chercheurs ont laissé les cellules seules dans des boîtes de culture à fond rondes. « Le reste était une auto-organisation complète », ce qui signifie que les cellules souches mûristiques ont orchestré leur propre assemblage dans une structure, a déclaré Santos.
Les cellules uniques agrégées dans les plats et ont formé la structure distincte à deux couches remplie de fluide que l’équipe avait recherchée. « Cela vous montre simplement que ces cellules souches embryonnaires ont cette propension incroyable à se spécialiser et à devenir tout compte tenu des bonnes instructions, dont je suis toujours impressionné », a déclaré Santos.
Armé de leurs nouveaux modèles, l’équipe a décidé de répondre aux questions clés sur la façon dont les sacs amniotiques influencent leur environnement. Ils voulaient savoir quels gènes pourraient dire que les cellules se transforment en PGAS. En interférant avec une longue liste de gènes qui, selon eux, pourraient influencer le développement cellulaire, ils ont constaté qu’un seul gène, GATA3, pourrait convertir les cellules en sacs amniotiques sans aucun autre signal.
GATA3 codes pour un facteur de transcription – une protéine qui allume ou désactivez les autres gènes. Santos et son équipe ont montré que deux des gènes Gata3 Les réglementations sont BMP4 et Chir, les mêmes gènes que leur protocole de culture avait impliqués.
Pour explorer comment le sac amniotique peut influencer les cellules voisines, ils ont mélangé leurs PGA avec des cellules souches supplémentaires qui n’avaient pas été poussées à devenir un type de cellule particulier. À leur égalité, ces cellules auraient continué d’exister dans leur état non spécialisé. Mais à côté des PGAS, ils se sont transformés en une multitude d’autres types de cellules « extra-embryonnaires », montrant que le sac amniotique était capable de conduire la transformation des cellules autour d’elle.
Santos et son équipe explorent désormais des applications possibles pour leur nouveau système. Les sacs amniotiques ont des propriétés antimicrobiennes et anti-inflammatoires, et les personnes qui ont eu des césariennes électives peuvent choisir de donner leurs sacs amniotiques pour une utilisation comme tissu de transplantation dans les traitements de brûlure ou les réparations de la cornée. Ces matériaux donnés peuvent être difficiles à normaliser, a déclaré Santos, mais les PGA pourraient théoriquement fournir une source fiable de ces cellules souhaitées.
Yi Zhengprofesseur adjoint en génie biomédical et chimique à l’Université de Syracuse qui n’a pas été impliqué dans l’étude, a déclaré que d’autres tests seraient nécessaires pour voir si les PGA pourraient fournir des matériaux cliniquement utiles pour de telles procédures.
Il a ajouté que les cellules matures et non soumises peuvent être transformées en cellules souches appelées cellules souches pluripotentes induites (IPSC). Peut-être, a déclaré Zheng, les IPSC convertis en PGAS pourraient être particulièrement utiles pour les applications médicales, en partie parce que vous pouvez utiliser les propres cellules d’un patient pour les générer.
De meilleurs modèles du sac amniotique pourraient également aider les chercheurs à comprendre pourquoi cette structure critique fonctionne parfois mal. Certains troubles congénitaux – ce qui signifie que ces bébés naissent – sont liés à des différences de taille ou de contenu du SAC avant la naissance, et Santos a déclaré que les PGA pourraient aider à expliquer ce lien.
« Je suis extrêmement enthousiasmée par le potentiel de ces petites structures », a-t-elle conclu.
