Des scientifiques créent des embryons humains à partir de cellules souches

Cette recherche pourrait jeter les bases de l’amélioration des taux de réussite de la fécondation in vitro ainsi que de la création d’une contraception non hormonale nouvelle et améliorée.

Un groupe d’embryologistes a franchi une nouvelle étape dans la modélisation du développement humain précoce : ils ont réussi non seulement à créer un embryon à partir de cellules souches, mais aussi à simuler son implantation dans la paroi de l’utérus. Certes, cela ne s’est produit que dans une éprouvette – au lieu de l’utérus, ils ont donc utilisé un organoïde endométrial, et l’embryon implanté n’a pas pu se développer normalement.

Néanmoins, cela montre que les embryons humains artificiels possédaient de nombreuses propriétés des embryons réels et qu’ils peuvent être utilisés comme modèle, par exemple pour le développement de contraceptifs.

Les scientifiques créent des embryons humains artificiels à partir de cellules souches : Tout ce que vous devez savoir

Les premiers stades du développement humain

Il est très difficile d’explorer les premiers stades du développement humain, car deux problèmes s’y opposent. Premièrement, il n’y a pas d’embryons disponibles : au cours des premières semaines, les femmes ne savent souvent pas qu’elles sont enceintes et, même si elles le souhaitent, elles n’ont pas le temps d’avorter. Et travailler avec des embryons “supplémentaires” qui restent, par exemple, après une FIV, n’est pas autorisé dans tous les pays.

Deuxièmement, ces embryons sont difficiles à développer : à la fin de la première semaine, ils doivent être implantés dans la paroi utérine pour pouvoir continuer à se développer normalement. Cette étape n’ayant pas encore été reproduite in vitro, les chercheurs doivent la simuler en utilisant différents substrats et substances de signalisation. Par conséquent, même si l’embryon continue à se développer, il ne ressemble pas à un véritable embryon, du moins dans sa géométrie.

Créer des embryons humains à partir de cellules souches

Un groupe de scientifiques dirigé par Nicolas Rivron de l’Institut de biotechnologie moléculaire de l’Académie autrichienne des sciences a eu la chance de ne pas être confronté au premier problème : ils ont travaillé avec une culture de cellules souches provenant d’un embryon de donneur laissé après une FIV (les parents l’ont donné pour la recherche). Armés de ces cellules, ils ont tenté de résoudre le deuxième problème et de créer un embryon qui ressemblerait à un vrai et pourrait être implanté dans un utérus modèle in vitro.

Processus

Pour ce faire, les chercheurs ont placé les cellules dans des puits d’hydrogel, où elles ont formé des sphères compactes. Elles ont ensuite été traitées avec des inhibiteurs de trois voies de signalisation, Hippo, TGF-β et ERK. Résultat : les cellules qui se trouvaient à la surface des sphères se sont transformées en trophectoderme – une couche dense de cellules à partir de laquelle se forment ensuite les tissus extra-embryonnaires.

Ils ont commencé à pomper de l’eau dans la sphère et l’ont transformée en une boule de cellules avec une cavité à l’intérieur. Voici à quoi ressemble l’embryon à la fin de la première semaine de développement, ce stade s’appelle le blastocyste.

Blastoïdes dans des puits de gel. Crédit : Kagawa et al. / Nature, 2021

En même temps, à l’intérieur de tous les blastoïdes (comme les chercheurs ont appelé leur résultat), deux groupes de cellules ont spontanément émergé, ressemblant à un endoderme primitif (un autre futur tissu extra-embryonnaire) et à un épiblaste (l’embryon lui-même, qui sert ensuite à former tous les tissus du corps).

Les auteurs de l’ouvrage ont démonté les blastoïdes en cellules individuelles et ont vérifié que ces trois types de cellules, en termes d’ensemble de gènes actifs, sont réellement similaires à leurs homologues des embryons ordinaires. Aucun autre type n’a été trouvé dans les blastoïdes – à l’exception des analogues de l’amnios, un tissu extra-embryonnaire ultérieur, mais pas plus de 3 % ont été dénombrés.

Capacité d’implantation

Les scientifiques ont ensuite vérifié si leurs blastoïdes conservaient la principale propriété du blastocyste, à savoir la capacité de s’implanter. Pour ce faire, ils ont planté des blastoïdes sur des organoïdes endométriaux – des groupes de cellules qui imitent la structure de la paroi utérine. Il s’est avéré que les blastoïdes peuvent se fixer avec succès à l’endomètre.

Dans le même temps, les blastoïdes, dont l’épiblaste a été retiré, ne laissant que des tissus extra-embryonnaires, n’ont pas pu être implantés. De même, ils ne se sont pas attachés à l’endomètre, qui n’a pas été activé par les hormones sexuelles féminines. Ainsi, ils ont reproduit de manière assez fidèle tous les mécanismes de base de l’implantation.

Blastocyste réel (en haut) et blastoïde (en bas) après implantation. Toutes les cellules de l’embryon sont colorées en bleu, en jaune – la partie embryonnaire réelle, en gris – les tissus extra-embryonnaires (forment un analogue de la cavité amniotique). Crédit : Kagawa et al. / Nature, 2021

Comment étaient les embryons humains à la fin de l’expérience ?

Les chercheurs ont laissé les embryons fixés se développer sur l’endomètre pendant plusieurs jours supplémentaires. Leurs tissus extra-embryonnaires se sont développés et ont même commencé à produire de la gonadotrophine chorionique, une hormone dont la concentration dans le sang d’une femme détermine la grossesse dans les premiers stades. Mais la partie embryonnaire elle-même, bien qu’elle soit restée vivante, ne ressemblait pas à de véritables embryons, et au 13e jour, l’expérience a été arrêtée.

Ce n’est pas la première étude visant à recueillir des blastoïdes à partir de cellules souches. D’ailleurs, auparavant, ils pouvaient être créés même à partir de cellules souches non embryonnaires. Mais jusqu’à présent, personne n’a testé leur capacité d’implantation. La prochaine étape devrait consister à améliorer le modèle, ce qui permettra à la partie embryonnaire des blastoïdes de se développer davantage.

En attendant, les auteurs de l’ouvrage promettent que leur modèle pourrait être utile pour la mise au point de milieux de culture des embryons (ils sont utilisés, par exemple, dans la FIV) – et la vérification de médicaments contraceptifs qui bloquent la fixation du blastocyste à l’utérus.

Références :

• The Independent. (2021, December 2). Human embryo models research may pave the way for improved IVF rates – study.
• Kagawa, H., Javali, A., Khoei, H. H., Sommer, T. M., Sestini, G., Novatchkova, M., Scholte op Reimer, Y., Castel, G., Bruneau, A., Maenhoudt, N., Lammers, J., Loubersac, S., Freour, T., Vankelecom, H., David, L., & Rivron, N. (2021, December 2). Human blastoids model blastocyst development and implantation. Nature News.
• Massey, N. (2021, December 2). Human embryo models research may pave the way for improved IVF rates – study.
• Ungar, L. (2021, December 2). Scientists use stem cells to create models of pre-embryos. AP NEWS.

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Source : Curiosmos – Traduit par Anguille sous roche