Une équipe de l’Université technique de Munich (TUM) a induit des cellules souches pour imiter le développement du cœur humain. Le résultat est une sorte de « mini-cœur » connu sous le nom d’organoïde. Il permettra l’étude des premières phases de développement de notre cœur et facilitera l’investigation des maladies.
Le cœur humain commence à se former environ trois semaines après la conception. Cela situe la phase précoce du développement du cœur à un moment où les femmes ne savent souvent pas encore qu’elles sont enceintes. C’est l’une des raisons pour lesquelles nous avons encore peu de compréhension de nombreux détails de la formation du cœur. Les résultats des études animales ne sont pas entièrement transférables à l’homme. Un organoïde développé au TUM pourrait s’avérer utile aux chercheurs.
Une boule de 35 000 cellules.
L’équipe travaillant avec Alessandra Moretti, professeur de médecine régénérative dans les maladies cardiovasculaires, a mis au point une méthode pour fabriquer une sorte de « mini-cœur » à l’aide de cellules souches pluripotentes. Environ 35 000 cellules sont centrifugées dans une sphère dans une centrifugeuse. Pendant plusieurs semaines, différentes molécules de signalisation sont ajoutées à la culture cellulaire selon un protocole fixe. « De cette façon, nous imitons les voies de signalisation dans le corps qui contrôlent le programme de développement du cœur », explique Alessandra Moretti. Le groupe a maintenant publié ses travaux dans la revue Nature Biotechnology.
Premiers « épicardioïdes »
Les organoïdes résultants mesurent environ un demi-millimètre de diamètre. Bien qu’ils ne pompent pas le sang, ils peuvent être stimulés électriquement et sont capables de se contracter comme les cavités du cœur humain. La professeure Moretti et son équipe sont les premiers chercheurs au monde à avoir réussi à créer un organoïde contenant à la fois des cellules du muscle cardiaque (cardiomyocytes) et des cellules de la couche externe de la paroi cardiaque (épicarde). Dans la jeune histoire des organoïdes cardiaques, dont les premiers ont été décrits en 2021, les chercheurs n’avaient auparavant créé que des organoïdes avec des cardiomyocytes et des cellules de la couche interne de la paroi cardiaque (endocarde).
Pour comprendre comment se forme le cœur, les cellules de l’épicarde sont déterminantes. D’autres types de cellules du cœur se forment à partir de ces cellules, par exemple dans les tissus conjonctifs et les vaisseaux sanguins. L’épicarde joue également un rôle très important dans la formation des cavités cardiaques. » L’équipe a nommé à juste titre les nouveaux organoïdes « épicardioïdes ».
Dr Anna Meier, première auteure de l’étude
Nouveau type de cellule découvert
Parallèlement à la méthode de production des organoïdes, l’équipe a fait part de ses premières nouvelles découvertes. Grâce à l’analyse d’une seule cellule, ils ont déterminé que les cellules précurseurs d’un type récemment découvert chez la souris se forment autour du septième jour du développement organoïde. L’épicarde est formé à partir de ces cellules. « Nous supposons que ces cellules existent également dans le corps humain, ne serait-ce que pour quelques jours », explique le professeur Moretti.
Ces connaissances peuvent également offrir des indices sur la raison pour laquelle le cœur fœtal peut se réparer, une capacité presque entièrement absente du cœur humain adulte. Ces connaissances pourraient aider à trouver de nouvelles méthodes de traitement des crises cardiaques et d’autres conditions.
Production d' »organoïdes personnalisés »
L’équipe a également montré que les organoïdes peuvent être utilisés pour étudier les maladies de patients individuels. En utilisant des cellules souches pluripotentes d’un patient souffrant du syndrome de Noonan, les chercheurs ont produit des organoïdes qui imitaient les caractéristiques de la maladie dans une boîte de Pétri. Dans les mois à venir, l’équipe prévoit d’utiliser des organoïdes personnalisés comparables pour étudier d’autres malformations cardiaques congénitales.
Avec la possibilité d’imiter les conditions cardiaques dans les organoïdes, les médicaments pourraient être testés directement sur eux à l’avenir. « Il est concevable que de tels tests puissent réduire le besoin d’expérimentation animale lors du développement de médicaments », explique Alessandra Moretti.
La recherche sur les organoïdes est un domaine de recherche clé à TUM
Les chercheurs ont déposé un brevet international pour le processus de création d’organoïdes cardiaques. Le modèle épicardioïde est l’un des nombreux projets organoïdes du TUM. Des groupes de travail de divers départements et chaires collaboreront au Center for Organoid Systems. Ils mèneront des recherches interdisciplinaires sur les organoïdes du pancréas, du cerveau et du cœur avec une imagerie et une analyse cellulaire de pointe pour étudier la formation des organes, le cancer et les maladies neurodégénératives, et faire progresser la médecine avec des systèmes 3D humains.
Université technique de Munich (TUM)
Meier, AB. et autres. (2023). La génomique unicellulaire épicardioïde révèle les principes de la biologie de l’épicarde humain dans le développement et la maladie cardiaques. Biotechnologie naturelle. doi.org/10.1038/s41587-023-01718-7.