Scientifiques Utiliser l'environnement 3D pour accélérer la croissance des cellules souches

Pendant une dizaine d'années, les scientifiques ont réussi à transformer des cellules matures en cellules souches.

Le processus consiste à insérer une poignée de gènes dans le noyau d'une cellule déjà différenciée, comme une cellule de la peau. Ces gènes disent à la cellule de revenir à un état primordial, indifférencié comme ceux trouvés dans les embryons précoces.

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De telles cellules sont appelées «cellules souches pluripotentes induites» ou cellules iPS, et leur capacité à se transformer en n'importe quelle cellule du corps humain signifie qu'elles ont un énorme potentiel scientifique et thérapeutique.

Mais la technique de laboratoire utilisée actuellement par les scientifiques pour fabriquer les cellules iPS est longue et ne produit pas beaucoup de cellules. C'est une grosse pierre d'achoppement pour la recherche.

Ce mois-ci, un groupe de chercheurs suisses a annoncé qu'ils avaient peut-être trouvé un moyen d'accélérer les choses et de leur permettre d'abandonner la boîte de Pétri.

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"Ce que nous avons actuellement à notre disposition, c'est cette surface plastique bidimensionnelle que beaucoup de cellules souches n'aiment vraiment pas du tout", a déclaré Matthias Lutolf, Ph.D., professeur à l'Ecole Polytechnique Federale de Lausanne en Suisse et auteur principal de l'étude, qui a été publié dans la revue Nature Materials.

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Dans le corps, les cellules sont suspendues dans un réseau de collagène et d'autres molécules connues sous le nom de matrice extracellulaire. L'équipe pourrait plus ou moins approcher cet environnement avec un polymère fabriqué par l'homme connu sous le nom de gel de PEG (polyéthylène glycol).

Ce qu'ils ont trouvé était que les cellules de la souris et de l'homme cultivées dans le gel se transformaient en cellules iPS plus efficacement et plus rapidement que les cellules cultivées dans une boîte de Pétri. En fait, les cellules de gel transformées dans la moitié du temps, il a fallu des cellules cultivées dans un plat. <

Leur innovation pourrait être une véritable aubaine pour les chercheurs sur les cellules souches, a déclaré Kevin Whittlesey, un responsable scientifique de l'Institut californien de médecine régénérative.

Nous parlons de cures, pas de traitements. Kevin Whittlesey, Institut californien pour la médecine régénérative

Actuellement, il faut des mois pour développer des cellules iPS en laboratoire et des mois plus tard pour produire les cellules spécifiques qu'un scientifique pourrait vouloir dans la quantité nécessaire pour la recherche, a-t-il dit. Et cela signifie payer pour beaucoup de matériel de laboratoire coûteux.

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"Dans n'importe lequel de ces processus de fabrication, le temps c'est de l'argent", a déclaré Whittlesey à Healthline.

Si le processus pouvait être étendu, le gain pourrait être énorme - et pas seulement financier.

Théoriquement, les scientifiques de l'avenir pourraient prendre des cellules de la peau d'un patient, les transformer en cellules souches, puis développer tout tissu dont le patient a besoin. Cela se traduirait par des greffes d'organes qui correspondent parfaitement entre le donneur et le receveur - parce qu'il s'agit de la même personne.

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"Nous parlons de remèdes, pas de traitements", a déclaré Whittlesey.

Jusqu'à présent, les thérapies par cellules souches ont montré un certain succès dans le traitement des patients atteints de sclérose en plaques et dans la croissance du cartilage, des os et des reins dans des modèles animaux.

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Des cellules embryonnaires et des cellules iPS pourraient également être utilisées pour étudier des maladies au niveau cellulaire et pour dépister des effets secondaires en laboratoire avant de les administrer aux patients.

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Problèmes à corriger

Mais il existe encore beaucoup de barrières séparant les patients des cures de cellules souches.

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Par définition, les cellules souches se divisent sans contrôle, tout comme les cellules cancéreuses. L'introduction de cellules souches indifférenciées chez un patient mettrait le patient à risque de cancer.

De plus, les cellules souches embryonnaires et iPS sont notoirement difficiles à contrôler. Même les lignées cellulaires dérivées de la même cellule parentale - qui devraient être génétiquement identiques - peuvent se comporter différemment les unes des autres. Certaines lignées cellulaires sont bien meilleures que d'autres pour devenir certains tissus. Personne ne comprend vraiment pourquoi.

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L'expérience du gel ne résout aucun de ces problèmes. Lutolf explique que son équipe a simplement montré une "preuve de principe" que le gel peut être utilisé avec succès pour fabriquer des cellules souches, bien qu'ils ne sachent pas exactement pourquoi cela fonctionne si bien.

Il soupçonne que cela a à voir avec la façon dont les cellules sont façonnées à mesure qu'elles grandissent.

"En utilisant un environnement tridimensionnel, nous forçons mécaniquement les cellules à se développer comme des cellules souches", a déclaré Lutolf.

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Le cycle rond est meilleur que le plan

Les cellules de la peau dont sont dérivées les cellules iPS sont beaucoup plus plates que les cellules souches. Le plan large d'une boîte de Pétri encourage les cellules à se répandre comme leurs cellules de peau parentales.

Mais dans la matrice de gel, les jeunes cellules impressionnables sont confinées de tous les côtés, créant un environnement beaucoup mieux adapté aux cellules souches rondes que les cellules de la peau plate.

Nous pensons que cela va vraiment changer la façon dont les gens découvrent les drogues et testent les drogues. Matthias Lutolf, Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne

Ce n'est pas la première fois que des cellules sont cultivées dans des environnements 3D. En fait, les scientifiques ont cultivé des organes miniatures en permettant aux cellules souches de s'auto-organiser dans des matrices de gel. De cette façon, un laboratoire hollandais a fait pousser une souris miniature en 2009.

Cette découverte a inspiré Lutolf à se tourner vers l'investigation de tels organes miniatures, également connus sous le nom de «organoïdes»."

" Nous pensons que cela va vraiment changer la façon dont les gens découvrent les drogues et testent les drogues ", a-t-il dit.

Et peut-être, un jour, traiter les patients.