Fonction rénale modélisée avec succès en culture cellulaire

Illustration 3D de reins humains avec coupe transversale

Les scientifiques ont réalisé une percée remarquable dans la recherche sur les reins. Dans un article publié dans la revue Communications Biology, une équipe de chercheurs de l'Université de Kyoto dirigée par Ramin Sadeghian présente une approche innovante pour construire des modèles de reins miniatures qui ressemblent étroitement à la structure et à la fonction de reins humains de taille réelle.

Les modèles de reins miniatures combinent deux approches courantes pour modéliser les organes humains : les organoïdes et les puces microfluidiques. En combinant ces approches, les chercheurs ont pu améliorer la précision de leur modèle de rein, marquant ainsi une étape importante vers la création de reins miniatures pouvant être utilisés pour la recherche médicale et le développement de médicaments.

Que sont les organoïdes ?

Les organoïdes sont créés à partir de cellules souches. Les cellules souches sont uniques en ce sens qu’elles ont la capacité remarquable de se développer en presque n’importe quel type de cellule. Lorsque ces cellules reçoivent les signaux environnementaux et chimiques appropriés, elles peuvent être amenées à interagir les unes avec les autres et à former des tissus humains, y compris les tissus qui constituent nos organes vitaux comme les reins.

Le modèle présenté par les chercheurs de l'Université de Kyoto surmonte les difficultés rencontrées dans la recherche sur les organoïdes rénaux en incorporant un modèle plus précis d'une structure appelée tubule proximal. Le tubule proximal est un site majeur d’absorption des nutriments et d’élimination des déchets dans les reins.

Les avantages des puces microfluidiques

Une approche alternative à la modélisation des organes consiste à utiliser des puces microfluidiques. Les puces microfluidiques sont constituées de matériaux comme le verre et le silicium dans lesquels sont gravés des canaux microscopiques. Ces canaux microscopiques contiennent de petites quantités de fluides. Cela permet aux chercheurs d’avoir un meilleur contrôle sur l’environnement dans lequel les cellules se développent en manipulant facilement la pression et le débit des liquides à l’intérieur des canaux.

Figure 1 : Les puces microfluidiques sont des matériaux dont la surface est gravée de canaux microscopiques.

Des cellules des tubules proximaux ont été générées et utilisées directement dans des puces microfluidiques comme modèle des reins. Cependant, ces modèles ne sont pas les plus précis car ils ne représentent pas la plupart des interactions cellulaires complexes entre les cellules du tubule proximal et d’autres cellules rénales.

Une approche combinée

Les chercheurs de l’Université de Kyoto ont émis l’hypothèse qu’en combinant des organoïdes et des puces microfluidiques, ils pourraient modéliser la fonction du tubule proximal tout en intégrant d’importantes interactions cellulaires négligées par les modèles précédents.

Pour commencer le processus, les cellules souches ont été amenées à former des organoïdes rénaux de base grâce à une série de manipulations chimiques et environnementales précises. Après avoir permis aux organoïdes rénaux de mûrir, les chercheurs ont ajouté des biomarqueurs fluorescents à leurs organoïdes pour confirmer que les reins miniatures contenaient la composition correcte des types de cellules rénales. Cette étape leur a également permis de déterminer que les organoïdes étaient composés d’environ 20 à 30 % de cellules du tubule proximal.

Figure 2 : Croissance organoïde rénale après 22 jours.

À partir de là, l’équipe a détruit l’organoïde et séparé les cellules du tubule proximal. Les chercheurs espéraient qu’en permettant aux cellules du tubule proximal de se développer d’abord dans un environnement organoïde puis d’être transférées vers une puce microfluidique, les cellules continueraient à se comporter de la même manière qu’elles le faisaient lorsqu’elles étaient cultivées avec d’autres types de cellules rénales. Cela conduirait à un modèle de « tubule proximal sur puce » plus précis.

Après avoir cultivé les cellules du tubule proximal dans une puce microfluidique, les chercheurs ont remarqué que les cellules commençaient à s'agréger pour former de minuscules sphères dans les canaux de la puce microfluidique. Malgré ce comportement, les colorations fluorescentes ont confirmé que les sphères contenaient toujours une abondance de protéines des tubules proximaux, ce qui suggère que les cellules se développaient avec succès au sein de la puce.

Figure 3 : Les cellules du tubule proximal formaient des sphères dans les canaux microfluidiques.