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L’équipe de Teresa Woodruff a développé une plateforme microfluidique nommée EVATAR connectant plusieurs puces afin de reproduire le fonctionnement des cellules d’ovaire, de trompe de Fallope, de muqueuse utérine et de col de l’utérus.
© © Northwestern University

Biotechnologie

Cinq organes simulés sur une même puce

Des chercheurs américains ont développé un dispositif renfermant des cellules vivantes de plusieurs organes de l’appareil reproducteur féminin. Objectif principal: accélérer le développement de nouveaux médicaments

Une équipe du département d’obstétrique et de gynécologie de l’université Northwestern (Chicago) rapporte dans un article publié dans la revue «Nature Communications» avoir mis au point un dispositif de culture en 3D de cellules vivantes issues de plusieurs organes de l’appareil reproducteur féminin. Un tel système, appelé «organes sur puce» (organs-on-a-chip), repose sur la microfluidique, une technologie reposant sur des écoulements liquides de très faibles volumes pour assurer la perfusion en continu de cellules logées dans de minicompartiments.

Ovaire, trompe, utérus et foie sur une même puce

L’appareil reproducteur de la femme comprend divers organes et tissus (ovaire, trompe utérine, utérus) qui interagissent entre eux par l’intermédiaire des hormones sexuelles qu’ils sécrètent. Ils sont également soumis à l’influence de facteurs hormonaux produits de façon cyclique par une glande située à la base du cerveau: l’hypophyse.

L’équipe de Teresa Woodruff a développé une plateforme microfluidique nommée EVATAR connectant plusieurs puces afin de reproduire le fonctionnement des cellules d’ovaire, de trompe de Fallope, de muqueuse utérine et de col de l’utérus. Pour reproduire les interactions complexes du cycle menstruel, les chercheurs ont incorporé les cellules dans des supports adaptés à leur survie et développement et les ont soumises à l’influence d’hormones produites par les autres cellules en culture ainsi qu’à des facteurs hormonaux sécrétés par l’hypophyse.

Ainsi la FSH (follicle stimulating hormone ou hormone folliculostimulante) a été introduite pendant quatorze jours. Une forte dose de hCG (hormone gonadotrophine chorionique humaine) était administrée le 14e jour, de manière à mimer les changements physiologiques du cycle menstruel.

Résultat, cette plateforme microfluidique a permis de simuler sur le plan hormonal ce que l’on observe durant un cycle menstruel de 28 jours. L’équipe américaine a en outre observé que leur appareil permettait la croissance et la maturation de follicules ovariens qui ont émis des ovocytes. Ceux-ci provenaient de souris dans la mesure où l’on ne peut disposer d’ovaires sains pour ce genre d’expériences, ces organes n’étant jamais prélevés chez des femmes en bonne santé.

Ovocytes produits, grossesse simulée

Les chercheurs ont ensuite introduit de minuscules fragments d’ovaire de souris dans le dispositif, puis des cellules humaines de trompe utérine, de muqueuse utérine (ou endomètre), de col utérin. A ces quatre compartiments, ils en ont ajouté un cinquième qui renferme des cellules de foie encapsulées dans un hydrogel. Ils se réservent ainsi la possibilité, dans le futur, d’étudier le métabolisme hépatique des hormones sexuelles. Un foie sur puce sera également utile pour détecter la toxicité d’une molécule, cet organe jouant un rôle majeur dans le métabolisme de la plupart des médicaments.

Enfin, les biologistes ont simulé un état de grossesse en maintenant un apport élevé en hCG et prolactine, hormones sécrétées par l’embryon et le placenta en développement. Ils ont alors observé l’apparition dans le tissu ovarien d’un corps jaune, structure temporaire résultant de la transformation du follicule après expulsion de l’ovocyte lors de l’ovulation. Le dispositif microfluidique permet donc de reproduire des phénomènes cellulaires associés au profil endocrinien observé en tout début de grossesse.

Plateforme de test de molécules

«On peut penser que la prochaine étape sera d’introduire dans ce système de culture microfluidique, très ingénieux, des cellules de l’hypothalamus et de l’hypophyse afin de reconstituer les interactions de l’axe endocrinien hypothalamus-hypophyse-ovaires-utérus», déclare Danielle Monniaux, directrice de recherche à l’unité Physiologie de la reproduction et des comportements de l’INRA du Val de Loire (Nouzilly). «L’utilisation de cette technologie de pointe de culture microfluidique, associée à une excellente maîtrise des micro-environnements cellulaires et des supports matriciels sur lesquels se développent les diverses cellules en culture, ouvre une vision futuriste dans l’étude des interactions fonctionnelles entre les organes de l’appareil reproducteur féminin», ajoute la chercheuse.

A terme, de tels organes sur puce devraient accélérer le développement de nouveaux médicaments en gynécologie/obstétrique. En effet, ils pourraient prédire la toxicité d’une molécule, identifier le meilleur produit parmi plusieurs en développement, mieux préciser les mécanismes d’action d’une substance, évaluer le devenir d’un médicament à travers l’appareil reproducteur afin de déterminer, avec une marge de sécurité, les doses à administrer avant les essais cliniques. Enfin, il permettrait de tester des toxiques environnementaux sans avoir recours aux expérimentations animales.

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