La possibilité de cultiver des cellules d’une espèce à l’intérieur d’un organisme d’une autre espèce offre aux scientifiques un outil puissant pour la recherche et la médecine. Une équipe dirigée par l’Espagnol Juan Carlos Izpisúa a réussi à générer des « embryons chimères » homme-singe.
Cette approche, non dénuée de connotations éthiques, peut contribuer à faire progresser la compréhension du développement humain précoce, de l’apparition et de la progression des maladies et du vieillissement, ainsi que l’essai de thérapies et de transplantations d’organes.
« Ce travail est important pour approfondir les connaissances sur la communication cellulaire au cours de l’embryogenèse et de l’évolution, ainsi que pour une variété d’applications dans la recherche et la médecine régénérative », explique à Efe Izpisúa, directeur du laboratoire d’expression génétique du Salk Institute en Californie (États-Unis).
Par exemple, « un jour, elle pourrait déboucher sur la capacité de générer des tissus humains en vue d’une transplantation, qu’il s’agisse du cœur ou des reins, et pourrait également aider à tester de nouveaux médicaments pour les maladies humaines avec plus de précision que dans les modèles animaux traditionnels ».
Les résultats de ces expériences, réalisées dans des laboratoires en Chine, sont publiés dans la revue Cell, dans un article également signé par des scientifiques de l’Université des sciences et technologies de Kunmimg (Chine) et de l’Université catholique de San Antonio de Murcia (UCAM).
Ces travaux s’appuient sur des études antérieures menées par le laboratoire d’Izpisúa. En 2017, l’équipe a publié – dans la même revue – une recherche pionnière dans laquelle elle a incorporé des cellules humaines dans des tissus de porc, ce qui constituait « la première étape » vers la production d’organes humains transplantables à l’aide de grands animaux.
Cependant, la contribution des cellules humaines au développement de l’embryon était assez faible, ce qui pourrait être dû à la grande distance évolutive – 90 millions d’années – entre les deux espèces, rappelle une note du Salk Institute.
Recherche sur la formation de chimères
Les scientifiques ont donc entrepris d’étudier la formation de chimères (organismes contenant des cellules de deux espèces ou plus) chez une espèce plus proche de l’homme, le macaque.
Même si ces chimères avec des singes ne seront pas utilisées pour des transplantations, elles constituent une plateforme exceptionnelle pour étudier comment les cellules humaines se développent et s’intègrent et comment elles communiquent avec différentes espèces, ce qui servira finalement à affiner la création d’autres types de chimères et à améliorer leur utilisation.
Pour réaliser les expériences actuelles, l’équipe a marqué les cellules souches reprogrammées pluripotentes humaines – capables de devenir tous les types de cellules du corps – avec une protéine fluorescente et les a insérées dans des embryons de macaques dans des plaques d’essai.
Il a observé que ces cellules ont survécu et se sont intégrées à l’embryon de macaque mieux que lors d’expériences précédentes sur des porcs, où les cellules semblaient « ne pas parler le même langage ».
Plus précisément, six jours après la création des embryons de singe, chacun d’eux a reçu une injection de 25 cellules humaines.
En l’espace d’un jour, des cellules humaines ont été détectées dans 132 embryons ; à dix jours, 103 des embryons chimériques étaient encore en développement. La survie a rapidement commencé à décliner et, au 19e jour, seules trois chimères étaient encore en vie.
Toutes les expériences ont été terminées 19 jours après l’injection des cellules souches.
Après une analyse du transcriptome – qui permet de savoir quels gènes et quelles molécules sont actifs – plusieurs voies de communication améliorées ou nouvelles ont été envisagées dans les cellules chimériques.
Une fois que cette communication moléculaire sera mieux comprise, les organismes chimériques permettront d’avoir un aperçu sans précédent des premiers stades du développement humain, indique le Salk Institute.
La génération d’une chimère entre un humain et un primate non humain nous permet d’en savoir plus sur l’existence éventuelle de barrières imposées par l’évolution à la création de chimères et de comprendre les mécanismes moléculaires permettant de les surmonter, résume Izpisúa.
En outre, cette approche pourrait être utilisée pour générer des organes humains destinés à la transplantation dans des espèces hôtes plus éloignées de l’homme sur le plan de l’évolution, comme le porc, ce qui est plus approprié pour diverses raisons : sociales, économiques ou éthiques, ajoute l’UCAM dans une note.
Estrella Núñez, de cette université, indique que ce projet est désormais repris en Espagne.
Ces études constituent également une nouvelle voie pour explorer le mode d’apparition de certaines maladies.
On pourrait, par exemple, manipuler un gène particulier associé à un cancer particulier dans la cellule humaine, puis observer la progression de la maladie en utilisant ces cellules manipulées dans une chimère.
Selon les auteurs, cela pourrait révéler des résultats plus applicables qu’un modèle animal typique.
Vieillissement
En ce qui concerne le vieillissement, on ne sait pas si les organes vieillissent au même rythme ou si l’un d’entre eux entraîne celui de tous les autres et agit comme un interrupteur principal dans le processus.
Les chimères pourraient être utilisées pour cultiver, par exemple, l’organe d’un rat commun dans une espèce à la durée de vie beaucoup plus longue, comme le rat-taupe nu, afin de déterminer quels organes pourraient être la clé du vieillissement.
Cell publie également une tribune sur le dilemme auquel est de plus en plus confrontée la science biomédicale : la nécessité de disposer de meilleurs modèles pour comprendre la biologie et les maladies humaines et pour mener des expériences qu’il serait éthiquement problématique de réaliser chez l’homme.
« Nous menons ces études pour comprendre et améliorer la santé humaine », explique Izpisúa, qui précise à Efe que ces travaux ont été examinés « de manière approfondie et exhaustive » au niveau institutionnel, par des bioéthiciens indépendants et des organismes de réglementation.
« Tous nos travaux sont toujours régis par les directives éthiques et juridiques en vigueur et sont soumis à l’examen et à l’approbation de tous les comités concernés. »
En principe, note-t-il, de telles expériences sont autorisées dans de nombreux pays, tels que les États-Unis, la Chine, l’Espagne ou le Royaume-Uni, à condition d’obtenir une autorisation appropriée ; les raisons de faire ce travail en Chine sont strictement scientifiques.
« Nos collaborateurs chinois sont des experts renommés dans la recherche sur les primates non humains et possèdent l’une des plus grandes colonies de ces animaux au monde. »
