Les scientifiques ont reproduit le processus naturel du développement embryonnaire des mammifères en laboratoire jusqu'au développement du cerveau et du cœur. À l'aide de cellules souches, les chercheurs ont créé des embryons synthétiques de souris en dehors de l'utérus qui ont récapitulé le processus naturel de développement dans l'utérus jusqu'au jour 8.5. C'est une étape importante dans la biologie synthétique. À l'avenir, cela guidera les études sur les embryons synthétiques humains, qui à leur tour pourriez inaugurer le développement et la production d'organes synthétiques pour les patients en attente de greffe.
Un embryon est généralement compris comme une étape de développement intermédiaire dans un phénomène naturel séquentiel de reproduction initié par la rencontre d'un spermatozoïde avec un ovule pour former un zygote, qui se divise pour devenir un embryon, suivi par la suite du développement en fœtus et en nouveau-né à la fin de la gestation.
Progrès dans la cellule embryonnaire transfert nucléaire vu l'exemple de sauter l'étape de fécondation d'un ovule par le spermatozoïde. En 1984, un embryon a été créé à partir d'un œuf dans lequel son noyau haploïde d'origine a été retiré et remplacé par le noyau d'une cellule embryonnaire donneuse qui s'est développée avec succès dans une mère porteuse pour donner naissance au premier bébé mouton cloné. Avec la perfection du transfert nucléaire de cellules somatiques (SCNT), la brebis Dolly a été créée en 1996 à partir d'une cellule adulte mature. Il s'agissait du premier cas de clonage d'un mammifère à partir d'une cellule adulte. Le cas de Dolly a également ouvert la possibilité de développement de cellules souches personnalisées. Dans les deux cas, le sperme n'a pas été utilisé, mais c'est l'ovule (avec le noyau remplacé) qui a grandi pour devenir un embryon. Donc, en tant que tels, ces embryons étaient encore naturels.
Des embryons pourraient-ils être créés sans l'implication même d'un œuf ? Si tel est le cas, ces embryons seraient synthétiques dans la mesure où aucun gamète (cellule sexuelle) ne serait utilisé. De nos jours, de tels embryons (ou « embryonnaires » ou embryoïdes) sont régulièrement créés à l'aide de cellules souches embryonnaires (ESC) et cultivés in vitro dans le laboratoire.
Chez les mammifères, les souris prennent une période relativement courte (19 à 21 jours) pour procréer, ce qui fait de l'embryon de souris un modèle d'étude pratique. Sur le total, la période de pré-implantation est d'environ 4 à 5 jours tandis que les 15 jours restants (environ 75% du total) sont post-implantation. Pour le développement post-implantation, l'embryon doit être implanté dans l'utérus, ce qui le rend inaccessible à l'observation extérieure. Cette dépendance vis-à-vis de l'utérus maternel impose une barrière à l'investigation.
L'année 2017 a été importante dans l'histoire de la culture d'embryons de mammifères. Les efforts pour créer des embryons de souris synthétiques ont connu un coup de fouet lorsque les chercheurs ont clairement démontré que les cellules souches embryonnaires ont la capacité de s'auto-assembler et de s'auto-organiser in vitro pour donner naissance à des structures ressemblant à des embryons qui ressemblaient à des embryons naturels de manière importante1,2. Cependant, il y avait des limites découlant de utérin barrières. Il est courant de cultiver l'embryon préimplantatoire in vitro mais aucune plate-forme robuste pour la culture ex-utero de l'embryon de souris post-implantation (des stades du cylindre d'œuf jusqu'à l'organogenèse avancée) n'était pas disponible. Une percée pour résoudre ce problème est survenue l'année dernière en 2021 lorsqu'une équipe de recherche a présenté une plate-forme de culture efficace pour le développement post-implantation de l'embryon de souris en dehors de l'utérus maternel. Un embryon cultivé sur cette plate-forme ex utero a été trouvé pour récapituler précisément jen utérus développant3. Ce développement a surmonté les barrières utérines et a permis aux chercheurs de mieux comprendre la morphogenèse post-implantation et a ainsi permis au projet d'embryons synthétiques d'atteindre un stade avancé.
Aujourd'hui, deux groupes de recherche ont rapporté que la culture d'embryons de souris synthétiques a duré 8.5 jours, ce qui constitue la durée la plus longue jusqu'à présent. C'était assez long pour distinguer organes (comme un cœur qui bat, un tube intestinal, un pli neural, etc.) se sont développés. Ce dernier progrès est vraiment remarquable.
Comme indiqué dans Cell le 1er août 2022, l'équipe de recherche a généré des embryons synthétiques de souris en utilisant uniquement des cellules souches embryonnaires (CSE) naïves en dehors de l'utérus maternel. Ils ont co-agrégé les cellules souches et les ont traitées à l'aide de la plate-forme de culture récemment développée pour une ex-utéro croissance pour obtenir un embryon entier synthétique post-gastrulation avec des compartiments embryonnaires et extra-embryonnaires. L'embryon synthétique a atteint de manière satisfaisante des jalons pour le stade de 8.5 jours des embryons de souris. Cette étude met en évidence la capacité des cellules pluripotentes naïves à s'auto-assembler, à s'auto-organiser et à modéliser l'ensemble de l'embryon de mammifère au-delà de la gastrulation4.
Dans l'étude la plus récente publiée dans Nature le 25 août 2022, les chercheurs ont également utilisé des cellules souches extra-embryonnaires pour étendre le potentiel de développement des cellules souches embryonnaires (ESC). Ils ont assemblé des embryons synthétiques in vitro à l'aide de cellules ESC, TSC et iXEN de souris qui ont récapitulé le développement embryonnaire naturel entier de la souris dans l'utérus jusqu'au jour 8.5. Cet embryon synthétique avait des régions définies du cerveau antérieur et du mésencéphale, une structure semblable à un cœur battant, un tronc comprenant un tube neural, un bourgeon caudal contenant des progéniteurs neuromésodermiques, un tube intestinal et des cellules germinales primordiales. Le tout était dans un sac extra-embryonnaire5. Ainsi, dans cette étude, l'organogenèse était plus avancée et remarquable par rapport à l'étude rapportée dans Cell le 1er août 2022. Peut-être que l'utilisation de deux types de cellules souches extra-embryonnaires a amélioré le potentiel de développement des cellules souches embryonnaires dans cette étude. Fait intéressant, seules des cellules souches embryonnaires (CSE) naïves ont été utilisées dans l'étude précédente.
Ces réalisations sont vraiment remarquables car il s'agit du point le plus avancé à ce jour dans les études sur les embryons synthétiques de mammifères. La capacité de créer un cerveau de mammifère a été un objectif majeur de la biologie synthétique. Recréer en laboratoire le processus naturel du développement embryonnaire post-implantatoire surmonte la barrière utérine et permet aux chercheurs d'étudier les premiers stades de la vie normalement cachés dans l'utérus.
Nonobstant les problèmes éthiques, les réalisations dans les études sur l'embryon synthétique de souris guideront les études sur les embryons synthétiques humains dans un avenir proche, ce qui pourrait inaugurer le développement et la production d'organes synthétiques pour les patients en attente de greffe.
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Références:
- Harrison SE et al 2017. Assemblage de cellules souches embryonnaires et extra-embryonnaires pour imiter l'embryogenèse in vitro. LA SCIENCE. 2 mars 2017. Vol 356, numéro 6334. DOI : https://doi.org/10.1126/science.aal1810
- Warmflash A. 2017. Embryons synthétiques : Fenêtres sur le développement des mammifères. Cellule Cellule souche. Volume 20, numéro 5, 4 mai 2017, pages 581-582. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1016/j.stem.2017.04.001
- Aguiléra-Castrejon, A., et al. 2021. Embryogenèse de souris ex utero de la pré-gastrulation à l'organogenèse tardive. Nature 593, 119–124. https://doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3
- Tarazi S., et el 2022. Embryons synthétiques post-gastrulation générés ex utero à partir d'ESC naïfs de souris. Cellule. Publié : 01 août 2022. DOI :https://doi.org/10.1016/j.cell.2022.07.028
- Amadei, G., et al 2022. Les embryons synthétiques complètent la gastrulation jusqu'à la neurulation et l'organogenèse. Publication : 25 août 2022. Nature. EST CE QUE JE: https://doi.org/10.1038/s41586-022-05246-3
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