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Des embryons chimériques humain-singe créés

Un embryon à un stade précoce.

Grâce à des colorants fluorescents, les chercheurs sont en mesure de visualiser des cellules d'origines différentes dans un embryon à un stade précoce.

Photo : Kunming University of Science and Technology/Weizhi Ji

Radio-Canada

Des cellules souches humaines ont été injectées dans des embryons de singes par des scientifiques chinois et américains, qui ont ensuite réussi à faire croître ces embryons chimériques pendant des périodes allant jusqu'à 19 jours.

Ces travaux, bien qu’ils posent des questions éthiques évidentes, pourraient mener à des découvertes sur la communication cellulaire, la progression des maladies et le vieillissement, ainsi que pour la transplantation d'organes, estiment les chercheurs dans un communiqué publié par le Salk Institute for Biological Sciences.

Comme nous ne pouvons pas réaliser certains types d'expériences sur des humains, il est essentiel que nous disposions de meilleurs modèles pour étudier et comprendre plus précisément la biologie et les maladies humaines, explique le Pr Juan Carlos Izpisua Belmonte, associé à l’institut américain. Un objectif important de la biologie expérimentale est le développement de systèmes modèles qui permettent l'étude des maladies humaines dans des conditions in vivo.

Créer des chimères

Une chimère est un organisme portant des caractères génétiques issus de deux génotypes différents. Des chimères interespèces chez les mammifères sont réalisées depuis les années 1970, où elles ont été générées chez les rongeurs et utilisées pour étudier les processus de développement précoce.

Ces approches chimériques peuvent être vraiment très utiles pour faire progresser la recherche biomédicale, non seulement au tout premier stade de la vie, mais aussi au dernier stade de la vie, ajoute Juan Carlos Izpisua Belmonte.

Repères

  • Environ 130 000 transplantations d'organes sont réalisées chaque année, ce qui ne représente que 10 % des besoins, selon l'Organisation mondiale de la santé.
  • La culture de cellules humaines dans des tissus de porc – dont la taille, la physiologie et l'anatomie des organes sont similaires à celles des humains – semblait être une solution à la pénurie de donneurs.
  • En 2017, le groupe de recherche du Pr Izpisua Belmonte a incorporé des cellules humaines dans des tissus de porc à un stade précoce, marquant ainsi la première étape vers la production d'organes humains transplantables à l'aide de grands animaux.
  • Toutefois, la contribution des cellules humaines était assez faible dans ces chimères, ce qui pourrait être dû à la grande distance évolutive (90 millions d'années) entre les deux espèces.
  • Pour cette raison, le groupe a entrepris d'étudier la formation de chimères chez une espèce plus proche, le macaque.

Si des chimères humains-macaques ne seront pas utilisées pour des transplantations d'organes humains, elles révèlent néanmoins des informations précieuses sur la façon dont les cellules humaines se développent et s'intègrent, et sur la façon dont les cellules de différentes espèces communiquent entre elles, estiment les auteurs de ces travaux publiés dans la revue Cell (Nouvelle fenêtre) (en anglais).

Le Pr Izpisua Belmonte compare le processus d'intégration des deux types de cellules à la communication avec des langues différentes. Les cellules humaines dans les tissus de porc s'apparentent aux cellules qui tentent de trouver un terrain de communication entre le chinois et le français par exemple, tandis que les cellules humaines dans les macaques fonctionnent plutôt comme deux langues étroitement liées, comme l'espagnol et le français.

En comprenant mieux les voies moléculaires impliquées dans cette communication interespèce, les chercheurs pourraient à terme améliorer l'intégration des cellules humaines dans des hôtes plus adaptés, poursuit le scientifique.

L’expérience

Cette percée est rendue possible grâce à une collaboration entre l’institut américain et la Kunming University of Science and Technology à Yunnan, en Chine.

Cette dernière a mis au point une technologie qui permet à des embryons de singe de rester en vie et de se développer en dehors du corps pendant une période prolongée.

Dans la présente étude, l'équipe a marqué des cellules souches pluripotentes humaines (cellules capables de se développer en tous les types de cellules du corps) avec une protéine fluorescente. Elle les a ensuite insérées dans 132 embryons de macaques qui se trouvaient dans des boîtes de Pétri.

Après 10 jours, 103 des embryons chimériques étaient encore en développement. Leur survie a rapidement commencé à décliner et, au 19e jour, seules trois chimères étaient toujours en vie.

Les scientifiques ont cependant constaté que les cellules souches humaines ont survécu et se sont mieux intégrées que lors des expériences précédentes dans des tissus de porc.

Historiquement, la génération de chimères humain-animal n’a pas été très efficace et a montré une faible intégration de cellules humaines dans l'espèce hôte, soutient le Pr Izpisua Belmonte.

La génération d'une chimère entre l'humain et un primate, une espèce plus proche de l'humain sur la ligne de l'évolution que toutes les espèces utilisées précédemment, nous permettra de mieux comprendre s'il existe des obstacles imposés par l'évolution à la génération de chimères et s'il existe des moyens de les surmonter, ajoute le chercheur.

Pour mettre en lumière les voies de communication moléculaire entre les cellules des deux espèces, les scientifiques ont analysé le transcriptome chimérique. Celui-ci indique quels gènes et quelles molécules sont actifs. Ils ont observé que les cellules des tissus chimériques présentaient des profils transcriptomiques distincts de ceux des témoins. En outre, ils ont détecté plusieurs voies de communication et l’apparition de nouvelles dans les cellules chimériques.

Comprendre quelles voies sont impliquées dans la communication des cellules chimériques nous permettra d'améliorer cette communication et d'accroître l'efficacité du chimérisme chez une espèce hôte plus éloignée de l'humain sur le plan de l'évolution, estime le professeur.

À terme, les chercheurs espèrent utiliser les chimères non seulement pour étudier le développement précoce de l'humain et modéliser des maladies, mais aussi pour mettre au point de nouvelles approches pour créer des médicaments, ainsi que pour générer des cellules, des tissus ou des organes transplantables.

Les considérations éthiques

Les auteurs expliquent que des consultations et des examens éthiques ont été effectués par leurs institutions, mais aussi par des bioéthiciens non affiliés.

Il est de notre responsabilité […] de mener nos recherches de manière réfléchie, en respectant toutes les directives éthiques, juridiques et sociales en vigueur, estime le professeur.

Dans de futurs travaux, les chercheurs veulent étudier de plus près les voies moléculaires identifiées dans la présente étude comme étant impliquées dans la communication interespèces. L'objectif sera de déterminer celles qui sont essentielles au succès de ce processus.

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