Technique 'Lego-Stacking' pourrait aider les scientifiques à cultiver les organes humains
En empilant des cellules humaines comme des blocs Lego, les scientifiques ont trouvé un moyen de créer de minuscules, des modèles 3D de tissu humain.
L'avance peut permettre aux scientifiques de tester des médicaments sur mesure avant de les injecter dans un patient et, finalement, de développer des organes humains entiers, disent les scientifiques.
Les principaux scientifiques de difficulté ont été confrontés dans la construction des organes est bien positionner les nombreux types de cellules qui constituent tout tissu d'organe donné. La nouvelle technique permet de surmonter cette difficulté en utilisant des fragments d'ADN pour verrouiller sélectivement une cellule à l'autre.
"Obtenir toutes les cellules qui communiquent en place de telle sorte que seules les cellules correctes se touchent et parler à l'autre est difficile. Nous avons compris une bonne façon de le faire", a déclaré Zev Gartner, professeur agrégé de chimie pharmaceutique à l'Université de Californie, San Francisco (UCSF) et auteur principal de l'étude, publiée aujourd'hui (31 août) dans la revue Nature Methods
Gartner dit que les scientifiques sont encore loin de pousser des organes entiers pour remplacer les malades. Mais depuis 2013, les scientifiques ont créé ce qu'ils appellent organites - cultivées en laboratoire et partiellement fonctionnels organes miniatures.
Ces organites pourraient être utiles non seulement pour étudier la façon dont la nature rassemble des tissus et des organes, mais aussi pour tester des médicaments personnalisés. Par exemple, Gartner envisage l'utilisation de cellules à partir d'un cancer du sein glandes mammaires du patient pour construire une glande mammaire miniature dans le laboratoire pour tester les médicaments contre le cancer ont les meilleures chances de succès.
Comme une preuve de concept, l'équipe de Gartner a créé plusieurs types d’organites, y compris les capillaires et une glande mammaire humaine, chacune avec des centaines de cellules.
Une telle organoide permet aux scientifiques "poser des questions sur les tissus humains complexes sans avoir besoin de faire des expériences sur les humains», a déclaré Michael Todhunter, qui a co-dirigé le projet avec un autre chercheur, Noel Jee, lorsque les deux étaient des étudiants diplômés de l'UCSF.
Il existe plusieurs types de cellules dans un organe comme une glande mammaire - par exemple, les cellules des vaisseaux sanguins, les cellules adipeuses, des cellules du tissu conjonctif appelées fibroblastes, des globules blancs et d'autres. Pour organiser correctement les cellules dans un organoide, les scientifiques ont d'abord créé des extraits de synthèse, des molécules d'ADN simple brin et les intégrés dans les membranes cellulaires de telle sorte que chaque cellule est devenu un peu "velu," avec des brins d'ADN ballants.
L'ADN a agi comme Velcro couture. Les cellules avec des brins d'ADN complémentaires enclenchés ensemble, tandis que les cellules avec de l'ADN non complémentaire juste culbutées par de l'autre. De cette façon, les scientifiques ont pu contrôler les cellules collées à qui.
Couche par couche, les scientifiques a créé un modèle d'orgue à trois dimensions. L'ensemble du processus de construction d’une organoide avec des centaines de cellules fonctionnelles a pris seulement quelques heures, Gartner dit.
Les scientifiques appellent l'ADN programmé ensemble technique de cellules, ou DPAC.
Cependant, il y a des limites qui empêchent la technique DPAC de barattage des organes entiers, Gartner a noté.
"Nous pouvons faire des tissus qui couvrent plusieurs centimètres ... et ont fait des centaines de milliers de cellules - peut-être même des millions", a déclaré Gartner. "Cependant, ils ne peuvent être de l'ordre de 50 à 100 microns d'épaisseur," dit-il. (A titre de comparaison, le cheveu humain moyen est d'environ 100 microns d'épaisseur).
La raison pour laquelle les chercheurs ne peuvent pas faire des tissus plus grands et plus épais est que les cellules à l'intérieur de la organoide auraient besoin d'oxygène et de nutriments qui viennent de vaisseaux sanguins. «Nous travaillons sur la construction de vaisseaux sanguins fonctionnels dans ces tissus», a déclaré Gartner. "Nous pouvons obtenir les bonnes cellules dans les bonnes positions, mais n'a pas compris comment les perfuser avec du sang ou un substitut efficace encore."
Cependant, les scientifiques ont noté que la combinaison de DPAC avec3D-impression et des technologies de cellules souches pourrait aider à commencer à résoudre certains de ces limitations.
