Des scientifiques ont élevé des souris saines à l'aide d'œufs artificiels et d'ovaires fabriqués à partir de cellules souches

Les bébés souris qui faisaient du pop-corn autour de leurs cages semblaient tout à fait normaux. Mais en réalité, ils constituent une merveille technologique : ils sont nés d’ovules issus de la bio-ingénierie et ayant mûri dans un ovaire artificiel. Encore plus fou, les ovules et les ovaires ont été cultivés à partir de cellules souches.

C’est vrai : pour la première fois, les scientifiques ont pu cultiver des ovules fonctionnels complètement en dehors du corps (de la souris).

L'expérience est l'idée originale du Dr Katsuhiko Hayashi de l'Université de Kyushu, qui a dirigé la recherche de la production de gamètes (sperme et ovules) sans les contraintes d'un corps vivant. Si elles sont adaptées aux humains, ces activités reproductives sauvages sont vouées à bouleverser toute notre conception du début de la vie, à l’instar de ce que faisaient les bébés « éprouvettes » lorsque in vitro fertilisation (FIV) a été introduite pour la première fois.

Hayashi rêve de possibilités encore plus grandes. Parce que les cellules souches peuvent être rapidement créé à partir de peau ou d’autres cellules, elles constituent une source inépuisable de matière première pour fabriquer des spermatozoïdes et des ovules. S'ils sont pleinement fonctionnels, ces composants de base de la reproduction peuvent fusionner en un ovule fécondé dans un tube à essai, être transplantés chez une mère porteuse et donner naissance à une nouvelle génération sans jamais voir de testicules ou d'ovaires.

« Cette avancée technique… recèle un énorme potentiel pour la recherche sur les cellules germinales », ont commenté les Drs. Lin Yang et Huck-Hui Ng du Genome Institute de Singapour, qui n'ont pas participé à l'étude.

La technologie, in vitro La gamétogenèse, ou IVG, offre des possibilités époustouflantes. Les chercheurs peuvent utiliser ces modèles développés en laboratoire pour mieux comprendre comment les cellules reproductrices se forment et mûrissent, et comment le processus peut échouer. Pour les couples qui ont du mal à concevoir ou pour les personnes qui ont perdu leur fonction reproductive à cause de maladies comme le cancer, l’IVG offrirait une nouvelle voie vers la grossesse. Cela augmente également la possibilité que des couples de même sexe conçoivent des enfants dotés de leur propre constitution génétique.

Soyons clairs : il reste encore beaucoup d’obstacles à surmonter avant que l’IVG puisse être testée chez l’homme. Mais Hayashi montre un arc-en-ciel d'applications potentielles à venir et relance les débats sur les limites de la manière dont l'IVG devrait être testée et utilisée chez l'homme.

Vie d'ingénieur

Au cours de la dernière décennie, Hayashi a réécrit le conte classique de la rencontre entre un garçon et une fille. Ou plutôt, le sperme rencontre l’ovule. Son ingrédient secret ? Cellules souches.

Les cellules souches sont comme la pâte à modeler de notre corps. En les aspergeant de mélanges spécifiques de biomolécules, il est possible de les pousser dans différents types de cellules, notamment les spermatozoïdes et les ovules. Retour en 2011, Hayashi a ébloui le monde de la science de la reproduction. En baignant les cellules souches dans une soupe chimique particulière, son équipe a pu fabriquer le précurseur des spermatozoïdes à l'extérieur du corps. La provenance des cellules souches n’avait pas d’importance. Celles présentes naturellement dans les embryons ou celles « inversées » ou « déprogrammées » des cellules de la peau, appelées cellules souches pluripotentes induites (CSPi), avaient toutes deux la capacité de se transformer en spermatozoïdes fonctionnels.

Avance rapide jusqu'en 2016, et l’équipe a réalisé la même chose avec des œufs de souris. En utilisant des cellules souches, ils ont pu imiter l’ensemble du processus de production des ovules par les ovaires. Les œufs cultivés en tube ont ensuite donné naissance à des bébés souris vivants et en bonne santé – une autre première scientifique.

Cependant, au cours de l’étude, l’équipe s’est heurtée à un énorme goulot d’étranglement technologique. Les ovules fabriqués dans un tube à essai ne peuvent pas se développer naturellement en dehors de l’ovaire. Pour que les cellules mûrissent, l’équipe a dû les incuber avec du tissu ovarien frais provenant de souris – une solution de contournement à la fois un peu dégoûtante et totalement peu pratique pour tout futur traitement contre l’infertilité.

Incubateur vivant

La nouvelle étude s’attaque à ce goulot d’étranglement : est-il possible de fabriquer un ovaire artificiel flottant dans une assiette ?

L’équipe s’est concentrée sur les cellules de support qui encapsulent normalement un ovule en développement. Ces cellules de soutien se développent à l’intérieur de l’ovaire et sécrètent des hormones et d’autres nutriments qui aident à répondre aux besoins métaboliques d’un ovule. "Cette connexion est cruciale pour de nombreuses étapes du développement", ont expliqué Yang et Ng, notamment la formation de follicules ovariens ou de sacs remplis de liquide dans les ovaires qui fonctionnent comme des incubateurs vivants pour la maturation des ovules.

Semblables à tout autre type de cellule, ces cellules de soutien aux ovaires peuvent également être fabriquées à partir de cellules souches, si nous connaissons la recette chimique secrète. Après cinq longues années de travail acharné, Hayashi a découvert les clés de la construction de ces tissus ovariens. Beaucoup portent des noms fantaisistes, par exemple Sonic Hedgehog (SHH), mais la plupart de ces protéines appartiennent à une famille appelée morphogènes, dans le sens où elles peuvent transformer la structure physique et l'identité d'un tissu.

Après avoir arrosé les cellules souches de cette soupe, les cellules ont perdu leur identité antérieure, adoptant plutôt celle de cellules de soutien de l'ovaire fœtal. Leur profil d’expression génétique imitait également étroitement celui de leurs homologues naturels.

L’équipe a ensuite mélangé une dose d’ovules immatures précurseurs, également fabriqués à partir de cellules souches. Ensemble, les cellules se sont fusionnées en minuscules follicules ovariens, avec des cellules de soutien formant une bulle qui enserrait étroitement l'ovule en développement. Les ovules ont ensuite été fécondés avec du sperme, transplantés chez des mères porteuses de souris et, après des grossesses normales, ont donné naissance à environ une douzaine de petits en bonne santé. Les bébés souris, recouverts d'un pelage soyeux de fourrure blanche ou brune, ont finalement donné naissance à leurs propres bébés.

Il s’agit de la « norme de référence » en matière de production de spermatozoïdes ou d’ovules dans un tube à essai, ont déclaré Yang et Ng.

"C'est un travail très sérieux" a affirmé Valérie Plante. Dr Richard Anderson de l'Université d'Édimbourg, qui n'a pas participé à l'étude.

Un nouveau concept de reproduction ?

Le nouveau document a été salué comme une « percée technologique » dotée d’un énorme potentiel.

D’une part, cela ouvre les vannes à la recherche sur les tout premiers stades de la façon dont notre corps fabrique les cellules reproductrices – quelque chose qui reste relativement mystérieux. Un indice est que l’ovaire artificiel produit des ovules matures moins efficacement que son homologue naturel, ce qui suggère qu’il y a encore beaucoup de choses que nous ignorons.

Quant aux technologies de procréation médicalement assistée chez l’homme, cette technologie particulière n’existera que dans plusieurs décennies. Cela dit, « l’étude de validation de principe… a clairement fait des progrès vers la mise en œuvre de l’IVG à grande échelle », ont écrit Yang et Ng. Reste à savoir dans quelle mesure cette méthode s’appliquera aux humains. Par rapport aux souris, nos cellules reproductrices mettent beaucoup plus de temps à mûrir et nécessitent probablement des nutriments de soutien différents pour le sperme, l'ovule et les tissus environnants.

L’équipe teste actuellement leur soupe chimique sur des ouistitis. En cas de succès, ils peuvent s'orienter vers des primates non humains avant de tenter de créer la vie pour les futurs parents.

Même avec ces précautions, il est facile de voir comment les choses pourraient mal tourner lorsqu’il s’agit de créer un nouvel être humain. Jusqu’à présent, nous n’avons pas encore de cadre juridique ou éthique international autour des bébés traités par IVG – des humains essentiellement fabriqués à partir de cellules souches, voire de cellules cutanées – en grande partie parce que la technologie n’existe pas. Mais il n’est pas trop tôt pour réfléchir aux implications éthiques et aux impacts potentiels sur la société dans son ensemble.

Hayashi y va très lentement, tout en accueillant favorablement le discours public avant même d'envisager toute utilisation clinique. La première étape, a-t-il déclaré, consiste à vérifier la qualité des œufs fabriqués en laboratoire, ajoutant : « Cela pourrait prendre très, très longtemps ».

Crédit image: Karsten Paulick De Pixabay

Source : https://singularityhub.com/2021/07/27/scientists-bred-healthy-mice-using-artificial-eggs-and-ovaries-made-from-stem-cells/