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Embryons mi-humains, mi-singes cultivés dans des plats de laboratoire

Les scientifiques ont injecté des dizaines de cellules souches humaines dans des embryons de singe en développement, et les hybrides résultants ont survécu jusqu’à 20 jours dans des plats de laboratoire.

Ces embryons humains-singes pourraient un jour servir de modèles utiles pour les maladies humaines, le développement embryonnaire et le vieillissement, ont noté les auteurs de l’étude dans un nouveau rapport, publié le 15 avril dans la revue. Cellule. En zoomant sur l’interaction des cellules humaines et animales dans les embryons, les scientifiques pourraient également apprendre comment aider les cellules humaines à survivre parmi les cellules animales, ce qui pourrait potentiellement faire progresser les efforts de croissance des organes humains dans des modèles animaux vivants.

De telles études offriraient une fenêtre sur la biologie humaine qui, autrement, nécessiterait des expériences sur l’homme, rendant de telles études actuellement impossibles. Bien entendu, le développement de chimères homme-animal – des organismes qui contiennent des cellules de deux espèces ou plus – soulève ses propres préoccupations éthiques, en particulier en ce qui concerne la durée de développement de ces embryons.

Dans le passé, les scientifiques ont tenté d’incorporer des cellules souches dans cochon et le mouton embryons, dans le but éventuel de faire croître des organes humains dans le bétail pour une utilisation dans les chirurgies de transplantation, Science Magazine a rapporté. Mais très peu de cellules humaines ont survécu aux expériences.

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Le faible taux de survie pourrait être dû au fait que les porcs et les moutons ne sont pas étroitement liés aux humains, du point de vue de l’évolution, a déclaré l’auteur principal Juan Carlos Izpisúa Belmonte, professeur au Salk Institute for Biological Studies de La Jolla, en Californie, à 45Secondes.fr. dans un e-mail. Par exemple, les porcs et les humains divergent les uns des autres depuis 90 millions d’années, lorsqu’ils ont partagé pour la dernière fois un ancêtre commun, a-t-il déclaré.

Parce que les chercheurs ont utilisé des singes dans la nouvelle étude, « la distance évolutive est plus petite, et cela peut expliquer la plus grande efficacité relative de l’intégration des cellules souches humaines dans la chimère », a-t-il déclaré à 45Secondes.fr. De nouvelles données recueillies auprès de l’hommesinge Les embryons pourraient fournir des conseils sur la façon de mieux cultiver des cellules humaines chez des animaux plus éloignés, a déclaré Izpisúa Belmonte.

Bien que cette ligne de recherche puisse conduire à des progrès passionnants dans la science médicale, il y a des préoccupations éthiques à aborder, a déclaré Alejandro De Los Angeles, biologiste des cellules souches à la Yale University School of Medicine, qui n’a pas participé à l’étude.

« L’une des principales préoccupations avec les chimères homme-animal est de savoir si ‘l’humanisation’ des chimères se produira, par exemple, si ces chimères acquièrent une cognition de type humain », a déclaré De Los Angeles à 45Secondes.fr dans un e-mail. Cependant, ces préoccupations ne s’appliquent pas nécessairement à la nouvelle expérience, étant donné que les embryons n’ont été autorisés à se développer que pendant un temps limité et n’ont pas été implantés dans un utérus, a-t-il déclaré. Mais pour les études futures, « il sera important de discuter de la durée pendant laquelle les expériences devraient être autorisées », a-t-il déclaré.

Mélange de cellules de singe et humaines

Pour produire les embryons humains-singes, les chercheurs ont d’abord collecté ovocytes – un précurseur des ovules matures – des macaques Cynomolgus (Macaca fascicularis), a fait mûrir les cellules en culture puis leur a injecté du sperme de macaque pour les féconder. Après six jours, les cellules fécondées se sont divisées en cellules supplémentaires, puis assemblées en sphères creuses, appelées blastocystes; dans un normal grossesse, un blastocyste s’implanterait dans l’utérus et donnerait plus tard naissance à un embryon à part entière.

Dans cette expérience, l’équipe a transféré les blastocystes de singe en développement dans des plats de laboratoire et a utilisé un laser pour retirer leur revêtement extérieur transparent, appelé zona pellucida. Sans une zone pellucide intacte, les blastocystes s’attachent à la boîte de laboratoire dans laquelle ils sont placés, imitant quelque peu la façon dont ils s’implantent dans la paroi utérine. L’équipe a ensuite appliqué une technique développée par le co-auteur de l’étude Weizhi Ji et son laboratoire qui permet aux embryons de singe de survivre pendant 20 jours hors du corps maternel; cette technique consiste à faire des ajustements minutieux à la solution de culture entourant les cellules.

Même ainsi, les conditions ne reproduisent pas parfaitement celles trouvées dans un organisme vivant, a déclaré Izpisúa Belmonte. « Cela … aura un effet non seulement sur le développement des embryons de singe mais aussi sur les cellules humaines du donneur », a-t-il déclaré.

« Malgré ces considérations, il est vraiment surprenant que de nombreux embryons se soient développés pendant une période prolongée », a ajouté Izpisúa Belmonte.

Six jours après la fécondation des cellules de singe, les chercheurs ont injecté 25 cellules souches humaines dans chaque blastocyste. Ces cellules, appelées cellules souches pluripotentes étendues (EPS), peuvent se différencier à la fois en tissu embryonnaire et en tissus «extra-embryonnaires», qui soutiennent l’embryon en développement en fournissant de la nutrition et en éliminant les déchets.

Les 132 embryons contenaient encore des cellules humaines un jour après l’implantation, mais seulement 111 embryons se sont attachés avec succès aux boîtes de laboratoire. Parmi ceux-ci, 103 embryons ont survécu au jour 10 après la fécondation. Leur nombre a fortement chuté entre les jours 15 et 19, ne laissant que trois embryons survivants à la fin de l’expérience.

Plus de la moitié des embryons survivants contenaient encore des cellules humaines au jour 9, et environ un tiers contenaient encore des cellules humaines au jour 13. Ces cellules humaines intégrées dans la masse cellulaire interne, la partie du blastocyste qui donne naissance à l’embryon, sac vitellin et amnios (une membrane protectrice). Le nombre de cellules humaines qui ont survécu a largement dépassé celui observé dans une étude précédente, dans laquelle Izpisúa Belmonte et ses collègues injecté des cellules humaines dans des embryons de porc.

Prochaines étapes et considérations éthiques

En plus de suivre le nombre de cellules souches humaines qui ont survécu tout au long de l’expérience, l’équipe a également analysé les gènes activés dans les embryons chimériques au cours du développement et les protéines qu’ils produisaient. L’équipe a recueilli les mêmes données à partir d’un ensemble d’embryons de singe non modifiés, pour voir si l’expression des gènes semblait différente dans les embryons chimériques.

« Les auteurs … ont observé des changements survenus dans les cellules de singe suite à l’introduction de cellules humaines dans l’embryon de singe », a déclaré De Los Angeles à 45Secondes.fr. « Il y a eu des échanges entre les cellules humaines et de singe. »

Par rapport aux embryons non modifiés, les embryons chimériques ont activé des gènes supplémentaires et ont construit une suite différente de protéines, ont découvert les auteurs. Ils émettent l’hypothèse que certains de ces gènes et protéines peuvent être impliqués dans la « communication » entre le singe et les cellules humaines, et que ces lignes de communication peuvent être essentielles à la survie prolongée des cellules humaines, a déclaré Izpisúa Belmonte.

Pour l’avenir, l’équipe prévoit d’étudier plus avant ces voies de communication « pour déterminer celles qui sont essentielles au succès de ce processus », a déclaré Izpisúa Belmonte. Si ces changements moléculaires pouvaient être reproduits dans d’autres espèces, comme les porcs, cela pourrait potentiellement améliorer les tentatives de croissance des tissus et organes humains chez ces animaux, a-t-il ajouté.

Quand on pense à l’avenir des embryons chimériques, l’éthique scientifique doit entrer dans la discussion, Henry Greely, directeur du Centre pour le droit et les biosciences de Stanford, et Nita Farahany, directrice de l’Initiative de Duke pour la science et la société, ont écrit dans un commentaire de la nouvelle étude. Ces embryons, de par leur nature, soulèvent des préoccupations différentes de la transplantation directe de cellules et de tissus humains chez les animaux, ont-ils écrit.

Avec la transplantation directe, les chercheurs peuvent prédire comment les tissus transplantés s’intégreront dans le plus gros animal et peuvent déterminer si une greffe pourrait entrer dans une zone de préoccupation, comme le cerveau et les gonades, ont-ils écrit. Mais dans un embryon chimérique, les cellules humaines peuvent potentiellement être incorporées dans tout l’organisme, en supposant que l’embryon est autorisé à se développer pendant un certain temps.

Dans les nouvelles expériences, « les embryons ici n’ont pas été transférés dans un utérus, et ne pouvaient donc pas conduire à des animaux chimériques vivants ou même des fœtus », et la croissance de chimères à part entière dans un utérus n’est pas l’objectif à long terme de cette recherche, ils ont noté. « L’implantation d’embryons humains-singes serait controversée sur le plan éthique et devra être discutée par les scientifiques, les éthiciens et le public avant d’aller de l’avant avec de telles expériences », a déclaré De Los Angeles.

De plus, les scientifiques devront sérieusement considérer le bien-être des animaux impliqués dans la recherche future sur les chimères, en particulier celui des primates non humains, et également évaluer les risques et avantages potentiels pour les humains, ont écrit Greely et Farahany. Les académies nationales des sciences, de l’ingénierie et de la médecine a récemment publié un rapport décrivant les considérations éthiques relatives à l’utilisation de cerveau humain ou du tissu nerveux dans les chimères, mais il y a eu peu de discussions sur les embryons chimériques plus largement, ont-ils noté.

Maintenant qu’il est possible de cultiver des embryons humains-primates pendant de longues périodes, ces discussions devraient avoir lieu le plus tôt possible, ont-ils déclaré.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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