Pas d'ovule, pas de sperme et pas d'utérus : les scientifiques de l'Institut Weizmann ont créé un modèle artificiel d'embryons de souris

La percée survient environ un an après le développement qu'il est possible de faire croître des embryons en dehors de l'utérus.
Le modèle d'embryon a été développé à partir de cellules souches qui ont été cultivées en dehors de l'utérus jusqu'à un stade relativement avancé
Prof. Hana : "Un mécanisme sophistiqué pour la production d'organes - la meilleure imprimante 3D biologique".

Un ovule rencontre un spermatozoïde - c'est une condition fondamentale pour la création d'une nouvelle vie. Une nouvelle étude menée par des scientifiques de l'Institut Weizmann des sciences, publiée aujourd'hui dans la revue scientifique Cell , remet en question ce fait fondamental de la vie.

Une équipe de recherche dirigée par le professeur Yaakov Hana a créé pour la première fois des modèles artificiels d'embryons de souris qui se sont développés à partir de cellules souches et se sont développés en dehors de l'utérus - sans fécondation de l'ovule ni du sperme. 

Au-delà de la percée dans l'étude du développement embryonnaire, cette approche innovante pourrait ouvrir de nouvelles voies pour la médecine du futur, y compris la croissance d'organes et de tissus pouvant être utilisés dans des greffes vitales.

Cette méthode, qui a été développée au cours de sept années d'essais et d'échecs, repose, entre autres, sur un dispositif mobile où les embryons sont maintenus dans des béchers de laboratoire entourés d'une solution nutritive.

En l'absence de flux sanguin de la mère vers le placenta, le mouvement de l'appareil simule l'alimentation naturelle du fœtus tout en régulant les niveaux d'oxygène et la pression de l'air dans le vaisseau du laboratoire.

Dans une précédente étude publiée dans Nature en mars 2021, les scientifiques ont pu faire pousser des embryons naturels de souris du jour 5 au jour 11 à l'aide de cet appareil.

Dans la nouvelle étude, les scientifiques ont cherché à développer un modèle artificiel d'embryons de souris - c'est-à-dire des embryons qui ne proviennent pas d'un œuf fécondé comme dans l'étude précédente, mais de cellules souches embryonnaires qui ont été cultivées pendant des années en culture.

À cette fin, les scientifiques ont divisé les cellules souches embryonnaires du laboratoire en trois groupes : un groupe, à partir duquel l'embryon lui-même s'est développé, est resté inchangé, tandis que les deux autres groupes ont été traités pendant 48 heures afin d'augmenter l'expression de certains gènes. nécessaire à la création de tissus extra-embryonnaires - le placenta dans un groupe et le sac vitellin dans le deuxième groupe.

Après que les trois groupes aient été placés dans le dispositif de croissance embryonnaire ectopique, ils ont rapidement commencé à s'organiser en grappes de cellules, dont la grande majorité ne s'est pas développée correctement. Cependant, environ 0,5% d'entre eux - 50 sur environ 10 000 - ont formé des tissus sphériques qui se sont développés au fil du temps en une structure semblable à un fœtus.

Les scientifiques ont pré-marqué chaque groupe de cellules avec une couleur différente et ont ainsi pu voir que les modèles artificiels qui réussissaient à se développer se développaient effectivement de la même manière que les embryons naturels, et que le placenta et le sac vitellin se formaient séparément de l'embryon.

Ces modèles artificiels d'embryons de souris se sont développés normalement pendant 8,5 jours - près de la moitié de la période de gestation de 20 jours - et ont développé des organes internes précoces, notamment un cœur battant, le début de la circulation sanguine, un cerveau de forme normale et des versions rudimentaires de l'os central. système nerveux et système digestif. Les embryons développés ont montré une correspondance de 95 % avec les embryons naturels de souris - à la fois dans la forme des organes internes et dans les modèles d'expression génique de différents types de cellules.

Le modèle artificiel développé par les chercheurs ouvre de nouveaux horizons dans l'étude du développement embryonnaire.
"Notre prochain défi est de comprendre comment les cellules souches savent quoi faire - comment elles s'organisent en organes et comment elles se frayent un chemin dans l'embryon en développement. De plus, comme, contrairement à l'utérus, notre système est transparent, il peut être utilisé par nous pour étudier les anomalies congénitales et développementales et divers problèmes de fertilité », explique-t-il les futures orientations de recherche du professeur Hana.

Des modèles artificiels d'embryons pourraient également réduire l'utilisation d'animaux dans la recherche et même devenir à l'avenir une source fiable de cellules, de tissus et d'organes pour la transplantation.

"Le processus de développement de l'embryon est en fait un mécanisme élaboré pour la production d'organes - la meilleure imprimante 3D biologique", explique le professeur Hana. "Au lieu de développer un protocole séparé pour la culture de chaque type de cellule, par exemple, les cellules rénales ou hépatiques, peut-être que dans le futur, nous pourrons créer un modèle embryonnaire artificiel et en isoler les cellules souhaitées. Nous ne dicterons pas au organes comment ils devraient se développer - cela est mieux fait par l'embryon lui-même."

La recherche a été dirigée conjointement par Shadi Terzi, Alejandro Aguilera et Karin Jobran du Département de génétique moléculaire de l'Institut. Shahed Ashiohi, Dr Francesco Roncto, Emily Wildschutz, Dr Bernardo Oldak, Alidat Gomez-Cesar, Nir Livnat, Sergey Vyukov, Dmitry Lokshtanov, Segev Noah Tessa, Max Rose et Dr Noa Noberstern du Département de génétique moléculaire ont également participé à L'Institut, Montser Hadad et le professeur Zvi Lapidot du Département d'immunologie et de régénération biologique de l'Institut, le Dr Merav Kadami du Département des infrastructures de recherche en sciences de la vie de l'Institut ; le Dr Hadas Keren Shaul du Centre national israélien de médecine personnalisée du nom de Nancy et Steven Grand ; et le Dr Nadir Ganem, le Dr Suhir Hana et le Dr Itai Maza du Rambam Medical Center.

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