Des embryons de primates cultivés en laboratoire plus longtemps que jamais

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Deux groupes ont cultivé des embryons de singes cynomolgus pendant 20 jours en laboratoire.Crédit: Mark MacEwen / Bibliothèque d'images de la nature

Ce sont les embryons de primates les plus anciens à prospérer en dehors du corps. Deux groupes travaillant en Chine ont réussi à faire pousser des embryons de singe dans un plat pendant 20 jours. Le travail met en lumière une phase cruciale mais mal comprise du développement précoce et relancera probablement le débat sur la durée de développement des embryons humains en laboratoire.

Les chercheurs cultivent des embryons pour comprendre les premiers stades de développement. En 2016, les embryons humains ont été cultivés avec succès en laboratoire pendant 13 jours, mais les expériences ont été interrompues en raison d'une règle internationalement acceptée qui interdit aux scientifiques de développer des embryons humains au-delà de 14 jours. En tant qu'espèce étroitement liée, les embryons de singe sont une fenêtre sur le développement humain précoce, mais les scientifiques ne les cultivaient auparavant que depuis neuf jours.

Les deux équipes en Chine rapportent en Science, aujourd'hui que des embryons de singes cynomolgus cultivés en laboratoire (Macaca fascicularis) a subi plusieurs processus cruciaux. Ceci inclut le processus de gastrulation, qui correspond au moment où les types de cellules de base qui donnent naissance à différents organes et tissus commencent à émerger, vers le 14e jour.

«La meilleure partie est qu’il existe un système pour étudier la gastrulation in vitro dans un modèle très proche de l'humain », explique Magdalena Zernicka-Goetz, biologiste du développement à l'Institut de technologie de Californie à Pasadena. "C'est très excitant."

Bien que les études montrent que le développement précoce du singe reflète de nombreux aspects des deux premières semaines du processus humain, les équipes font état de différences subtiles entre cette espèce et la nôtre. Cela suggère que les embryons de singe pourraient ne pas être un modèle adéquat pour étudier certains stades avancés du développement humain, explique Pierre Savatier, biologiste des cellules souches à l'Institut de recherche sur les cellules souches et le cerveau de Bron, en France. Il prédit que les journaux relanceront une pression pour prolonger la politique de 14 jours.

La possibilité de cultiver des embryons de singe plus longtemps que jamais pourrait également stimuler la recherche dans un autre domaine controversé – la génération d’embryons hybrides homme-singe, appelés chimères, dans le but d’examiner comment. Cette recherche a été retardée car les chercheurs n’ont pas été en mesure de cultiver des embryons de singe assez longtemps pour savoir comment se comportent les cellules humaines injectées. Savatier dit qu'il utilisera la technique de culture pour cultiver des embryons de singe à injecter avec des cellules souches humaines. «Ce système de culture est extrêmement important pour les expériences sur les chimères», dit-il.

Bonanza d'embryon

Les deux équipes ont cultivé des embryons de singe sur une matrice de gel fournissant des niveaux d'oxygène plus élevés que les cellules de l'utérus. Cette technique de culture a été mise au point par l’équipe de Zernicka-Goetz, l’un des deux groupes aux États-Unis qui ont réussi à faire croître des embryons humains pendant 13 jours, en 2016.,.

Dans l’un des deux derniers articles, une équipe dirigée par Juan Carlos Izpisua Belmonte, biologiste du développement à l’Institut Salk pour les études biologiques à La Jolla, en Californie, et Ji Weizhi au laboratoire Yunnan Key de la recherche biomédicale sur les primates à Kunming, en Chine, rapporte que 46 des 200 embryons de singe ont survécu jusqu'à 20 jours. Les auteurs de l’autre article, dirigé par Li Lei, biologiste du développement à l’Institut de zoologie de l’Académie chinoise des sciences de Beijing, ont déclaré avoir cultivé trois embryons aussi longtemps.

Un embryon de 17 jours.Crédit: Y. Niu et al./Science

Les équipes ont suivi la progression des embryons, créés à l’aide de in vitro fécondation, pour vérifier si elles ont grandi comme ils auraient dans l'utérus. Ils ont examiné le moment et la forme des structures dans les embryons et les structures qui soutiennent la croissance embryonnaire, les types de protéines qui sont exprimés par les cellules à différents stades et les cellules germinales primordiales qui deviennent ensuite des ovules ou du sperme. Ils ont ensuite comparé ces observations avec ce que l'on sait sur le développement de cette espèce à partir d'expériences antérieures, dans lesquelles des embryons ont été prélevés sur des singes gravides à différents stades, jusqu'à 17 jours..

Les deux groupes signalent que les embryons dans une boîte se développent de la même manière que ceux de l'utérus. «On peut supposer que les observations effectuées sont une représentation de ce qui se passe in vivo, Dit Izpisua Belmonte.

Les équipes ont mis fin à leurs expériences le vingtième jour, lorsque les embryons sont devenus sombres et que certaines cellules en ont été détachées – signes de l’effondrement des structures. Li dit que la raison de cela n’est pas claire. Lui et Izpisua Belmonte déclarent que la culture des cellules dans une matrice extracellulaire imitant mieux le ventre pourrait les aider à survivre plus longtemps. Ensuite, Ji espère faire pousser des embryons au point que le système nerveux primitif commence à se former, vers 20 jours.

Différences subtiles

Les données présentées dans les deux études suggèrent qu'il existe des différences subtiles mais cruciales dans le développement précoce des singes et des humains. Par conséquent, les embryons de primates non humains ne remplaceront pas le besoin d'études sur les cellules humaines, déclare Fu Jianping, ingénieur en bioingénierie à l'Université du Michigan. à Ann Arbor, qui tente de cultiver des embryons humains synthétiques. “In vitro Les embryons humains cultivés restent le système irremplaçable pour étudier et comprendre le développement humain », a-t-il déclaré.

Savatier indique qu'une différence, décrite dans les articles de Ji et Ispizua Belmonte, est que les gènes qui sont exprimés dans les cellules de singe formant le placenta sont différents de ceux de l'homme. Mais pour étudier ces processus à des stades ultérieurs chez des embryons humains, les régulateurs devraient lever l’interdiction de les cultiver au-delà de 14 jours.

À la suite des équipes américaines qui ont porté le nombre d'embryons humains à 13 jours en 2016, certains ont signalé un soutien public fort en faveur de l'extension de la limite. Savatier et d'autres pensent que les derniers résultats montrant les caractéristiques uniques du développement de l'embryon humain renforceront les arguments en faveur d'un changement de politique. «Il ne fait aucun doute que ces travaux forceront les comités d'éthique et les organismes de réglementation à rouvrir le débat sur la règle des 14 jours», a-t-il déclaré.

Les chercheurs sont optimistes sur le fait que la matrice de gel pourrait être utilisée pour développer des embryons humains à un stade plus avancé si les règles changent. Ji a déclaré qu'un autre groupe de son institut avait mis au point un protocole destiné aux embryons humains qui sera bientôt publié. "Ce système pourrait convenir à la culture d'embryons humains pendant 20 jours, mais nous n'envisageons pas de le faire", dit-il.

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