Des tissus en 3D à partir de cellules souches embryonnaires humaines

Publié le 13/10/2003

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Les cellules souches embryonnaires (ESC pour Embryonic Stem Cells), y compris les ESC humaines, constituent une source prometteuse pour la transplantation cellulaire en raison de leur capacité unique à donner naissance à toutes les lignées cellulaires somatiques.

Cartilage, foie, tube neural

La différenciation de ces cellules souches peut être induite par des facteurs de croissance en culture monocouche ou en suspension.
Cela dit, on contrôle encore mal la prolifération et la différenciation en des structures plus spécialisées qui devraient être directement utilisées pour les applications de l'ingénierie tissulaire. Il était donc nécessaire de parvenir à obtenir des tissus différenciés en trois dimensions.
Pour cela, l'équipe de Shulamit Levenberg (Haïfa, Israël) a pensé qu'une matrice poreuse biodégradable pouvait être utilisée pour obtenir des tissus en 3D. Et, comme l'indique la publication de ses travaux dans les « Proceedings » de l'Académie des sciences américaine, ils ont obtenu la prolifération, la différenciation et l'organisation de cellules souches embryonnaires humaines en 3D. De plus, à l'aide de divers facteurs de croissance, ils sont parvenus à induire la formation de tissus ayant les caractéristiques de tissu cartilagineux, hépatique, neural et la formation de vaisseaux. Transplantés dans des souris déficientes sur le plan immunitaire (souris SCID), ces tissus ont continué à vivre et à exprimer des protéines humaines. Par ailleurs, ces transplants ont recruté des vaisseaux de l'hôte, auxquels elles se sont anastomosées. Comment les chercheurs ont-ils fait pour obtenir ces résultats ?

Des matrices biodégradables

Sans entrer dans les détails, ils ont cultivé des cellules souches embryonnaires humaines (H9) sur des fibroblastes de souris. Pour ce qui est des matrices, ils ont fabriqué des polymères biodégradables en utilisant un mélange 50/50 de PLGA [poly(lactic- co-glycolic acid)] et de PLA [poly(L-lactic acid)]. Enfin, après l'obtention d'une structure primitive en 3D, les chercheurs ont ajouté divers facteurs de croissance connus pour induire la différenciation cellulaire : acide rétinoïque, activine A, TGF bêta (Transforming Growth Factor) ou IGF1 (Insulin-like Growth Factor).

Cartilage, foie, tube neural

Résultats :
- l'addition de TGF bêta a induit la formation de tissu sécrétant un facteur cartilage-like (glycosaminoglycan matriciel extracellulaire) ;
- l'addition d'activine A ou d'IGF a entraîné la formation de structures ayant les caractéristiques d'un foie en développement ;
- l'addition d'acide rétinoïque s'est soldée par des structures en rosette et ductales ; les rosettes étaient morphologiquement similaires à celles qu'on observe dans le tissu embryonnaire neural.
Enfin, on a observé la présence de systèmes capillaires-like et de molécules de surface de cellules endothéliales.
Pour étudier le potentiel thérapeutique de ces tissus en 3D, les chercheurs les ont implantés chirurgicalement en sous-cutané chez des souris immunodéficientes (SCID) âgées de deux semaines. Quatorze jours plus tard, les implants ont été retirés et analysés : ils étaient viables, non infectés, totalement encapsulés dans du tissu conjonctif fibro-granulomateux et infiltrés par des vaisseaux sanguins ; l'analyse immunohistochimique a montré que ces vaisseaux provenaient à la fois de l'implant et de l'hôte. De plus, ils contenaient des globules rouges, ce qui suggère une anastomose entre les deux systèmes ; les implants fabriquaient encore des protéines humaines.
« En plus des applications cliniques potentielles, la formation de tissu in vitro pourrait constituer un excellent outil pour étudier le développement humain précoce et l'organogenèse », indiquent les auteurs.

« Proc Natl Acad Sci USA », édition en ligne avancée : pnas.org

Dr Emmanuel de VIEL