Des chercheurs développent des organoïdes cardiaques fonctionnels en 3D à partir de cellules souches embryonnaires de souris

Le développement cardiaque tel qu'il se produit in vivo, ou dans un organisme vivant, est un processus complexe qui a traditionnellement été difficile à imiter in vitro ou en laboratoire. Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l'Université médicale et dentaire de Tokyo (TMDU) ont développé des organoïdes fonctionnels tridimensionnels du cœur à partir de cellules souches embryonnaires de souris qui ressemblent étroitement au cœur en développement.

Le cœur se compose de plusieurs couches de tissu, y compris de nombreux types de cellules, y compris le muscle cardiaque actif, les cellules du tissu conjonctif et les cellules qui composent les vaisseaux sanguins. Ces cellules travaillent ensemble pour assurer un bon fonctionnement du cœur et donc un apport constant de sang frais et oxygéné au reste du corps.

L'étude de toutes les formes de maladies cardiaques en laboratoire et le développement de nouveaux médicaments pour traiter ces maladies nécessitent des modèles de maladies qui ressemblent étroitement au cœur réel. Bien que des efforts aient été faits pour générer des cellules musculaires cardiaques in vitro, ces cellules se présentent sous forme d'amas sans l'organisation tissulaire observée in vivo.

Malgré sa fonction apparemment simple, le cœur est un organe complexe avec une structure encore plus complexe. Pour atteindre ce niveau de complexité structurelle, au cours du développement, le cœur est exposé à une myriade de signaux. Nous voulions capitaliser sur nos connaissances des molécules de signalisation au cours du développement cardiaque et générer des organoïdes cardiaques qui ressemblent davantage au cœur en développement que les techniques actuelles. « 

Professeurs Jiyoung Lee et Fumitoshi Ishino, auteurs correspondants de l'étude

Pour atteindre leur objectif, les chercheurs se sont penchés sur les facteurs impliqués dans le développement cardiaque in vivo et ont émis l'hypothèse que la protéine fibroblaste growth factor 4 (FGF4) et un complexe constitué des protéines laminine et entactine (complexe LN / ET), qui sont tous connus sont exprimés dans le cœur embryonnaire, sont nécessaires et suffisants pour permettre une similitude structurelle entre les organoïdes cardiaques et le cœur embryonnaire proprement dit. En effet, les cellules souches embryonnaires de souris exposées à FGF4 et LN / ET ont montré une similitude considérable avec le cœur en développement sur la base d'analyses structurelles et moléculaires.

Curieusement, le processus de développement dans les organoïdes cardiaques reflétait étroitement les changements morphologiques au cours du développement du cœur embryonnaire in vivo. Un examen plus approfondi des composants cellulaires constituant les organoïdes cardiaques a révélé que les cellules du cœur embryonnaire, y compris les cellules des quatre chambres ainsi que du système de conduction, étaient présentes dans l'organisation structurelle observée au cours du développement embryonnaire. Surtout, les organoïdes cardiaques possédaient des propriétés fonctionnelles proches de leur homologue in vivo.

« Ce sont des résultats frappants qui montrent comment notre méthode fournit un modèle biomimétique du cœur en développement en utilisant un protocole plutôt simple. Cet outil pourrait être utile pour étudier les processus moléculaires au cours du développement cardiaque, ainsi que pour développer et tester de nouveaux médicaments contre les maladies cardiaques. » disent les professeurs Lee et Ishino.

La source:

Université médicale et dentaire de Tokyo

Référence du journal:

Lee, J., et coll. (2020) Génération in vitro d'organoïdes fonctionnels du cœur murin via FGF4 et matrice extracellulaire. Communications de la nature. doi.org/10.1038/s41467-020-18031-5.

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