Ils ont été obtenus par des chercheurs israéliens de l’Institut Weizmann des sciences à partir de cellules souches de souris cultivées en laboratoire.
Un embryon naturel (à gauche) et un embryon synthétique de souris (à droite) / Crédit : Weizmann Institute of Science
Pas de spermatozoïdes, d’ovocytes et de fécondation, mais uniquement des cellules souches de souris cultivées en laboratoire : c’est ainsi qu’ont été créés les premiers embryons « synthétiques » au monde, cultivés dans des utérus artificiels pour développer une partie du cerveau, du tractus intestinal et un cœur battant. L’exploit révolutionnaire a été réalisé par une équipe de chercheurs de l’Institut Weizmann des sciences de Rehovot, en Israël, qui, après avoir développé une méthode efficace pour reprogrammer et ramener les cellules souches à leur stade de puissance initial (lorsqu’elles ont le plus grand potentiel pour se spécialiser dans différents types de cellules) et ont créé un appareil contrôlé électroniquement capable de faire croître des embryons naturels de souris en dehors de l’utérus, ils ont réussi à obtenir les premiers embryons synthétiques – ainsi appelés parce qu’ils ont été créés sans ovocytes fécondés – et à les faire se développer pendant plus d’une semaine, soit près de la moitié du temps de gestation d’une souris femelle.
L’approche, décrite en détail dans une étude qui vient d’être publiée dans la revue scientifique Cellule, est extrêmement précieux car il pourrait, dans une large mesure, contourner les problèmes techniques et éthiques liés à l’utilisation des embryons dans la recherche et la biotechnologie, ouvrant la voie à de nouveaux horizons dans l’étude de la façon dont les cellules souches forment les différents organes de l’embryon . Plus important encore, à l’avenir, cela pourrait permettre la culture de tissus et d’organes pour des greffes humaines.
« L’embryon – a déclaré le professeur Jacob Hanna du département de génétique moléculaire de l’Institut Weizmann des sciences, responsable de l’équipe de recherche – c’est la meilleure machine de fabrication d’organes et la meilleure bio-imprimante 3D – nous avons essayé d’imiter ce qu’elle fait« .
Le professeur Hanna a expliqué que les scientifiques savent déjà comment restaurer les cellules matures dans leur souche cellulaire ; cependant, aller dans la direction opposée – différencier les cellules souches en cellules spécialisées, sans parler d’organes entiers – s’est avéré beaucoup plus difficile. « Jusqu’à présent, dans la plupart des études, les cellules spécialisées étaient souvent difficiles à produire ou étaient aberrantes, tendant à former des tissus mal structurés et inaptes à la transplantation. – ajouté Hanna -. Nous avons réussi à surmonter ces obstacles en libérant le potentiel d’auto-organisation encodé dans les cellules souches« .
Les premiers embryons synthétiques de souris cultivés dans des utérus artificiels
Avant d’utiliser le dispositif de croissance embryonnaire, les chercheurs ont traité une partie des cellules afin d’activer l’expression de deux types de gènes impliqués dans le développement du placenta et du sac vitellin, tandis que le reste des cellules souches a été utilisé sans aucune intervention particulière. Une fois mélangées et placées à l’intérieur de l’appareil, les cellules se sont agglutinées et environ 0,5 % (50 sur environ 10 000) ont formé des sphères, dont chacune est devenue plus tard une structure allongée ressemblant à un embryon. Et parce que chaque groupe de cellules avait été marqué d’une couleur différente, les chercheurs ont pu observer le placenta et la vésicule ombilicale, ainsi que le développement de l’embryon entier.
Jour 8 de la vie d’un embryon de souris : un modèle synthétique (en haut) et un embryon naturel (en bas) / Crédit : Weizmann Institute of Science
Ces modèles synthétiques se sont développés normalement jusqu’au jour 8,5 – près de la moitié des 20 jours de gestation de la souris – et ont montré une similitude de 95 % avec les embryons naturels à la fois dans la forme des structures internes et dans les modèles d’expression génique des différents types de cellules. Selon les chercheurs, les organes qui se sont formés donnaient toutes les indications d’être fonctionnels.
« Notre prochain défi – conclut Hanna – il s’agira de comprendre comment les cellules souches savent quoi faire, comment elles s’auto-assemblent dans les organes et se retrouvent dans un embryon. Et puisque notre système, contrairement à un utérus, est accessible, il peut s’avérer utile pour modéliser des malformations congénitales et implanter des embryons humains.« .