Biologie

Des mini-organes au service de la recherche

L’essor des organoïdes pourrait révolutionner le développement des médicaments et limiter le recours à l’expérimentation animale

Un mini-cerveau de la taille de la tête d’un stylo à bille qui produit spontanément une activité électrique, comme le ferait un cerveau humain. Loin de la science-fiction, cet organe en modèle réduit existe vraiment. Ces cinq dernières années, les techniques de fabrication d’organes miniatures, appelés «organoïdes», ont beaucoup progressé. Ceux-ci pourraient révolutionner les recherches en pharmacologie et limiter le recours à l’expérimentation animale. Certains organoïdes sont même déjà sur le point d’être commercialisés.

Tout part d’une découverte qui a valu un Prix Nobel de médecine à Shinya Yamanaka et John Gurdon en 2012. De simples cellules prélevées sur un adulte peuvent être génétiquement reprogrammées pour redevenir des cellules-souches. Ces cellules dites pluripotentes sont capables de se transformer en n’importe quel genre de tissu du corps humain. Une stimulation adéquate permet d’aboutir au tissu désiré. Ce procédé élude les questions éthiques du prélèvement de cellules-souches d’embryons. Un organoïde en trois dimensions (3D) peut être créé à partir de ces cellules-souches cultivées en suspension dans un milieu liquide approprié.

Thomas Hartung, professeur à l’Université américaine Johns Hopkins de Baltimore est l’un des nombreux chercheurs du domaine. Selon lui, «les organoïdes sont les cultures cellulaires du XXIe siècle. Un organoïde peut nous en dire plus qu’une simple culture cellulaire in vitro en deux dimensions, par exemple sur les interactions entre cellules et les fonctions de l’organe. Mais cela reste une conciliation entre complexité et faisabilité». Les organoïdes n’atteignent pas le niveau de complexité d’un vrai organe, dont il est pour l’instant impossible de recréer toutes les fonctionnalités. On crée donc des organes simplifiés.

Comme un vrai cerveau

Le chercheur a développé des mini-cerveaux en stimulant des cellules pluripotentes pour qu’elles deviennent des cellules nerveuses. Ces cerveaux miniatures mesurent 350 micromètres de diamètre – la taille de la tête d’un stylo à bille. Dépourvues d’afflux sanguin, les cellules de l’organoïde n’ont cependant pas accès aux nutriments et à l’oxygène nécessaires à leur croissance. Ces éléments viennent nécessairement du milieu extérieur et n’atteignent pas l’intérieur de la masse cellulaire. C’est pourquoi la taille des organoïdes est très réduite.

Des centaines de milliers de copies identiques peuvent être obtenues dans chaque lot. Ces mini-cerveaux n’ont pas l’anatomie réelle d’un cerveau mais possèdent une partie de sa fonctionnalité. L’analyse de leur activité électrique par électroencéphalogramme révèle les cellules communiquent bien entre elles, comme elles le feraient dans un vrai cerveau.

Puisque l’on peut observer des cellules-souches se transformer pour devenir organoïdes, ces derniers sont des outils de choix pour étudier des maladies résultant d’un défaut dans le développement ou de la dégradation d’un organe précis. Ils permettent l’observation en temps réel et la compréhension des causes de ces maladies. Rien que sur le cerveau, une grande variété d’études sont en cours: sclérose en plaques, autisme, Alzheimer ou Parkinson. Des mini-cerveaux sont également utilisés pour des recherches sur les infections virales, les traumatismes et les accidents vasculaires cérébraux.

Tumeurs miniatures

Une étude sur de mini-cerveaux parue le 22 avril dans la revue Cell a même pu confirmer le fait que le virus Zika cause la microcéphalie – une taille anormalement petite du crâne – chez les fœtus de femmes enceintes infectées. En infectant des mini-cerveaux à différents stades de développement, les chercheurs ont pu identifier les cellules-souches défaillantes.

Chez QGel, une spin-off de l’EPFL qui participe cette semaine au World Biomaterials Congress à Montreal, les organoïdes sont d’un tout autre genre. Ce sont des cellules cancéreuses, des organoïdes tumoraux appelés tumoroïdes. Qu’elle soit issue des poumons, du colon ou des ovaires, chaque tumeur peut être cultivée à l’échelle industrielle dans un milieu spécifique développé par l’entreprise. «En partant d’une seule biopsie, notre technologie permet de cultiver plus de 2 000 tumeurs identiques en 3D, dans de petits tubes à essai, explique Colin Sanctuary, cofondateur de QGel. Cela permet de comparer ensuite très rapidement l’efficacité de médicaments sur ces milliers de tumeurs, qui représente autant de mini-patients.»

Chaque tumeur est confrontée à différentes versions ou combinaisons de médicaments en développement. Un système de fluorescence permet ensuite de déterminer quel est le médicament le plus efficace. Des marqueurs spécifiques de l’ADN permettent une émission de fluorescence que l’on détecte grâce à de la microscopie. Plus le tumoroïde est fluorescent, moins le médicament aura été efficace.

Rapide et rentable

Ainsi, les organoïdes constituent d’ores et déjà un outil à la fois rapide et rentable pour les tests pharmacologiques. Ils pourraient également accélérer le développement de la médecine personnalisée ces prochaines années. «Tester des médicaments potentiels sur les cellules d’un patient permettrait d’épargner sa santé en lui prescrivant directement le traitement le plus efficace», s’enthousiasme Colin Sanctuary.

Actuellement, les médicaments sont souvent expérimentés sur des animaux modèles avant d’être testés sur des cellules humaines. Les organoïdes pourraient, à long terme, se substituer à l’expérimentation animale. John Frampton, chercheur à l’Université canadienne Dalhousie pense cependant qu’«ils sont encore loin de pouvoir complètement remplacer les animaux. Les organes ne sont généralement pas entiers. Les mini-cerveaux par exemple ne sont en fait que des boules de cellules corticales, ils ne reflètent pas la complexité du cerveau entier.»

De plus, il faudrait pouvoir recréer les voies par lesquelles les médicaments accèdent au cerveau en conditions réelles. Les recherches sont toujours en cours. Thomas Hartung cherche par exemple à améliorer ses cerveaux miniatures en y incluant des cellules immunitaires et une barrière hémato-encéphalique qui filtre les apports du sang au cerveau – donc les médicaments.

Afin de rendre sa technologie accessible à d’autres laboratoires, la start-up QGel vend ses kits de croissance pour tumoroïdes aux laboratoires de recherche. La compagnie américaine ORGANOME, elle, commercialisera les mini-cerveaux développés par Thomas Hartung courant 2016 depuis des laboratoires à Baltimore.

Les projets de recherche sur les organoïdes pullulent mais le chercheur ne le voit pas comme une compétition: «Nous bénéficions tous de l’expérience des autres. Toutes nos «recettes» sont partagées. Notre intérêt est de faire avancer la science», s’exalte-t-il.


Lire aussi:

Publicité