La chimère du rat et de la souris montre le développement normal de l'embryon (B) et des organes internes: reins, cœur, foie, poumons, pancréas et cerveau à l'intérieur de l'organisme hôte (C)La pluripotence est une propriété unique des cellules souches embryonnaires qui peut se transformer en n'importe lequel des 200 types connus de cellules somatiques, conformément à un programme de développement d'embryon donné et à d'autres conditions. Les scientifiques ont appris à prélever ces cellules sur des embryons humains et à les cultiver en laboratoire. De nombreuses expériences ont montré que dans ce cas, les cellules pluripotentes conservent la capacité de se différencier en n'importe quel type de cellules, y compris les spermatozoïdes et les ovules.
Mais en laboratoire, il est très difficile de développer un organe à part entière à partir de cellules souches, car la physiologie humaine est presque impossible à recréer à partir de zéro. Les scientifiques ne savent toujours pas comment programmer les cellules avec une telle précision. Nous avons besoin d'un environnement naturel où le programme de développement des cellules dans l'organe souhaité est activé lui-même. Un embryon idéal serait un embryon humain ou primate, mais ces essais sont interdits par la loi. Par conséquent, les scientifiques ont trouvé une issue dans l'utilisation d'embryons d'animaux physiologiquement proches des humains - les porcs et les bovins. Dans les pays développés, des expériences sur ces embryons sont toujours autorisées.
Pour résoudre ce problème, les chimères conviennent parfaitement - des organismes constitués de cellules génétiquement hétérogènes. À l'intérieur des chimères, les organes d'un autre organisme peuvent être cultivés. Un certain nombre de
ces expériences ont été menées par un groupe de scientifiques du Salk Institute for Biological Research (Californie). En particulier, ils ont réussi à créer pour la première fois une chimère d'un embryon de porc avec les débuts des organes humains.
Les chimères sont des organismes très intéressants d'un point de vue scientifique. Ils peuvent être un outil précieux pour la recherche scientifique avec la capacité de les utiliser dans des essais cliniques et pour la transplantation d'organes.
Maintenant, la situation avec les organes donneurs est très tendue. Par exemple, le temps d'attente moyen pour un rein est d'environ 10 ans. La durée de vie moyenne sous dialyse est de 5 ans. Si la technique de la culture des chimères est évoquée, un rein adapté peut être développé beaucoup plus rapidement pendant qu'une personne est encore en vie.
En utilisant la technique d'édition génétique CRISPR-Cas9 et les dernières technologies de traitement des cellules souches, les scientifiques ont réussi à implanter des cellules souches dans l'embryon et à développer divers organes de rat - le pancréas, le cœur et les yeux - dans le corps de la souris. Cette expérience a confirmé la possibilité conceptuelle d'une telle méthode pour obtenir des organes donneurs.
Les chercheurs ont ensuite implanté des cellules humaines pluripotentes dans des embryons de porcs, examinant le développement des tissus et organes humains. Il s'agit de la première étape d'une recherche plus détaillée sur la culture d'organes humains dans d'autres organismes, adaptée en taille, en physiologie et en anatomie.
Les cellules récupérées de leurs cellules souches de rat pluripotentes se développent dans le cœur à l'intérieur d'un embryon de souris génétiquement modifiéEn 2015, une équipe de scientifiques dirigée par Ispisua Belmonte a créé la première chimère pour surveiller le développement de cellules humaines dans un embryon de souris non viable. Maintenant, ils sont allés plus loin en appliquant la technique d'édition génétique CRISPR-Cas9 afin de spécifier le développement de cellules pluripotentes dans des organes spécifiques.
En utilisant l'édition génétique CRISPR-Cas9, les scientifiques ont modifié l'embryon hôte en désactivant les gènes qui sont responsables du développement d'un organe spécifique - par exemple, le pancréas. Ensuite, les cellules souches d'un autre animal (rat) avec le gène du pancréas actif sont placées dans l'embryon. L'embryon lui-même se développe absolument normalement dans le corps d'une mère porteuse, à l'exception du fait qu'il a un pancréas étranger.
Exactement les mêmes expériences ont été réalisées avec d'autres organes de la chimère du rat et de la souris - les yeux et le cœur. Les scientifiques ont également découvert que des cellules de rat pluripotentes formaient de manière inattendue une vésicule biliaire dans l'embryon de souris, un organe absent chez le rat. Cela indique que les cellules donneuses pluripotentes sont fortement influencées par l'organisme hôte et adoptent ses programmes de développement.
Cependant, élever un organe humain chez un porc ne sera pas facile. Les scientifiques prêtent attention à un certain nombre de difficultés qui surviennent lors du croisement d'organismes vivants très différents, tels que les humains et les porcs. Ces difficultés sont absentes lors de la croissance d'organes dans des organismes génétiquement apparentés. Par exemple, chez une personne et un porc, la période de gestation d'un fœtus varie considérablement (chez un porc, 112 jours).
Cependant, une expérience avec des organes humains dans des embryons de porc a été menée. Des précurseurs de tissus humains ont commencé à être créés et développés jusqu'à l'âge de quatre semaines de l'embryon, mais pas avec des taux de réussite tels que les chimères de rat et de souris. Seul un petit nombre de cellules a survécu - et elles ne se sont évidemment pas développées en quelque chose de viable. L'expérience a été arrêtée pour évaluer la sécurité et l'efficacité de la technologie.
Lors de la culture de chimères à l'échelle industrielle, les gens peuvent largement résoudre le problème de la pénurie d'organes pour la transplantation. Des millions de porcs peuvent être élevés avec du foie, du pancréas et des reins humains.
Les scientifiques reconnaissent que l'objectif ultime de la recherche sur les chimères peut être la culture d'organes et de tissus humains à l'échelle industrielle, mais c'est une perspective très éloignée. Dans les années à venir, la recherche dans ce domaine revêt une importance théorique plutôt que pratique. Ils permettront de mieux comprendre le développement embryonnaire humain et aideront à étudier certaines maladies qui ne pourraient pas être étudiées autrement.
Les travaux scientifiques ont été
publiés le 26 janvier 2017 dans la revue
Cell (doi: 10.1016 / j.cell.2016.12.036).
Dans un avenir proche, les recherches se poursuivront si les autorités ne les interdisent pas. Récemment, des organisations religieuses et publiques de nature conservatrice ont
protesté contre de telles expériences.