Les organoïdes dérivés de patients (PDO ou simplement les « organoïdes ») sont fréquemment mentionnés dans le cadre de la découverte de médicaments et de la recherche médicale. Cet article explique ce que sont les PDO et comment les scientifiques les extraient et les développent à partir de dons de tissus de patients. Ces méthodes de biologie 3D sont relativement nouvelles, et ce domaine de recherche se développe rapidement.

Découvrez comment développer des PDO, notamment :

Les organoïdes sont des versions microscopiques 3D des organes dont ils proviennent. Par exemple, les « intestins » miniatures peuvent être dérivés de tissus de biopsie sains ou malades provenant des intestins d’un patient. Il est important de noter que les PDO sont des réplicats fidèles du tissu dont ils proviennent, y compris les différents types de cellules et toute maladie sous-jacente.

L'image est celle d'un organoïde de cancer colorectal ou « mini-intestin ». La coloration bleue montre l’ADN dans les cellules individuelles et la couleur jaune montre des espaces dans la structure équivalents à la cavité intestinale. Un PDO 3D complet est affiché à gauche et à droite, vous pouvez voir une coupe au milieu

Dériver et développer des organoïdes en laboratoire est laborieux, techniquement exigeant et coûteux. Cela nécessite les compétences de scientifiques expérimentés et un équipement coûteux, en dehors des considérations éthiques et des autorisations pour travailler avec les tissus humains. (La loi sur les tissus humains 2004 réglemente les activités concernant l’élimination, la conservation, l’utilisation et l’élimination des tissus humains.) Toutefois, cet effort en vaut la peine, car les structures qui en résultent sont de plus en plus utilisées pour aider les scientifiques à comprendre comment l’organisme fonctionne et comme modèle pour tester de nouveaux médicaments potentiels.

Que sont les organoïdes dérivés de patients ?

Les PDO sont des structures cellulaires 3D qui proviennent de « cellules souches adultes » dans le tissu du patient et qui peuvent se régénérer pour maintenir et réparer les tissus endommagés. Ils ont des « instructions préprogrammées » pour diviser et former les types de cellules spécialisées que l’on trouve dans leur organe d’origine spécifique. Une fois formées, les cellules s’auto-assemblent pour répliquer la même « architecture » que celle présente dans le corps. Les structures qui se forment sont donc appelées organoïdes car elles sont « comme un organe ». Les PDO peuvent être dérivés de nombreux organes tels que l’intestin, le cœur, le foie, les reins, le pancréas, les poumons, le cerveau et bien d’autres encore. La petite taille et la reproduction fidèle du tissu du patient en dehors du patient permettent aux scientifiques d’utiliser des PDO pour de multiples expériences en laboratoire qui n’ont pas pu être réalisées de manière éthique sur les patients eux-mêmes ! Par exemple, pour tester et prédire avec précision les réponses des patients aux nouveaux médicaments.

Comme un bonaï ou une petite pastèque, les PDO sont des versions plus petites de l’original. Un microscope est nécessaire pour pouvoir les regarder dans les moindres détails. Le diamètre d’une section de l’intestin grêle est d’environ 3 centimètres (0,03 mètres) et un organoïde de mini-intestin cultivé pendant quelques jours en laboratoire est d’environ 75 micromètres (0,000075 mètres), soit 400 fois plus petit.

D'où viennent les PDO ?

Le tissu à partir duquel dériver les organoïdes est généreusement donné avec le consentement du patient. Il s’agit généralement d’une biopsie à l’aiguille réalisée par un clinicien pour vérifier si le tissu est sain ou si le patient a un cancer ou une autre maladie. Il suffit de quelques millimètres de biopsie. Les chances d’établir des organoïdes en culture sont plus importantes avec davantage de tissus, mais il n’est toujours pas possible de garantir que les organoïdes puissent être dérivés de chaque échantillon.

Création d’organoïdes « mini-intestinaux » à partir de tissus intestinaux du patient : Un processus étape par étape

La procédure de dérivation des organoïdes du tissu du patient varie en fonction du type de tissu. Différents laboratoires ont leurs propres méthodes préférées qui sont adaptées à leurs besoins. Plus nous en apprenons sur le processus, plus les méthodes sont efficaces et efficaces. L’exemple ci-dessous est un aperçu général des étapes impliquées dans la création de « mini-intestins » à partir de tissus intestinaux. Le processus, de la réception de l’échantillon dans le laboratoire de recherche à la mise en culture dans l’incubateur, en préparation de la formation des organoïdes, prend environ 4 heures. La croissance des organoïdes prend environ 2 semaines à partir des préparations tissulaires.

1. Le tissu de biopsie du patient est attribué aux différents tests nécessaires au diagnostic. La petite pièce pour la dérivation des organoïdes est placée dans une solution de conservation spéciale et refroidie pour maintenir les cellules vivantes et fonctionnant normalement pendant leur transport au laboratoire de recherche. (La même solution est utilisée pour les organes entiers nécessaires à la greffe.)
2. Dans le laboratoire, l’échantillon anonyme est pulvérisé avec 70 % d’alcool et placé dans un banc de sécurité biologique (BSC). Le banc produit des flux d’air qui passent entre l’opérateur et l’échantillon. Cela maintient l’isolation des deux l’un de l’autre.
3. L’échantillon est rincé avec un liquide contenant des nutriments et des sels (« milieu ») et haché très finement dans une boîte de Pétri à l’aide de scalpels.
4. Une solution enzymatique est ajoutée et le mélange est incubé dans un bain d’eau à température corporelle ( 37°C) pendant environ 30 minutes. Cela décompose la structure du tissu et libère les « cellules souches adultes » qui permettront aux organoïdes de se former.
5. La digestion enzymatique est arrêtée avec le milieu et le mélange est centrifugé à grande vitesse à l’intérieur d’une centrifugeuse. Le culot obtenu est remis en suspension dans un milieu frais. Cette étape peut être répétée plusieurs fois pour « laver » l’échantillon.
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7. Le culot contenant de minuscules amas de cellules/fragments tissulaires est refroidi à 4 °C et remis en suspension avec précaution dans un mélange de protéines gélatineuses comme le Matrigel ou son équivalent. Le Matrigel est liquide à 4 °C et forme un gel à température ambiante. Cet hydrogel fournit des facteurs de croissance et un support structurel pour que les cellules se développent en trois dimensions. Les cellules se forment en une boule qui peut être assez arrondie comme un ballon de foot avec ou sans saillies. Certains organoïdes peuvent être de forme plutôt irrégulière.
8. De minuscules bulles du fragment cellulaire et du mélange Matrigel sont placées sur des boîtes de Pétri stériles. Ces bulles font environ la taille d’une goutte d’eau moyenne, c’est-à-dire 0,05ml. Les bulles peuvent geler à température ambiante. Une alimentation liquide est ajoutée. Il contient des nutriments et des facteurs supplémentaires qui encouragent la croissance et le développement des organoïdes sans altérer la biologie des cellules. Le plat est ensuite déplacé vers un incubateur qui maintient une température constante de 37°C et de dioxyde de carbone à 5 %. (Conditions de culture cellulaire standard).
9. L’alimentation en liquide est renouvelée tous les quelques jours et les organoïdes se développent en quelques 2 semaines environ. Le rendement est très variable avec des 100 organoïdes allant de 0 à par biopsie. Cela peut dépendre du type de tissu et de la quantité de l’échantillon de biopsie original.

Comment étendre le nombre d’organoïdes

Une fois que les PDO sont entièrement établis, ils peuvent être séparés pour ensemencer de nombreuses autres copies. Cela peut être fait en quelques jours ou toutes les quelques semaines et varie selon le type d’organe et la personne, car les PDO dérivés de chaque patient sont uniques. Les cellules souches adultes dans les fragments d’organoïdes génèrent de nouvelles cellules et forment des organoïdes de la même manière qu’elles se forment à partir de l’échantillon de tissu original, sauf qu’elles se forment plus rapidement après avoir été établies. Le processus de fractionnement et de réensemencement d’autres copies est connu sous le nom de « sous-culture » ou « passage » et peut être répété plusieurs fois, ce qui permet d’obtenir de nombreuses copies supplémentaires. Ils peuvent être utilisés pour des recherches à petite échelle sur la génétique et les maladies.

Méthode pour une sous-culture d’organoïdes (passage)

1. Dissoudre le matériau entourant les organoïdes
2. Faites passer les organoïdes de haut en bas à travers l’ouverture étroite d’un embout de pipette pour les dissocier mécaniquement ou casser les amas cellulaires à l’aide d’une solution chimique contenant des enzymes.
3. Centrifuger pour culoter les cellules, retirer le liquide.
4. Mélanger les cellules/fragments d’organoïdes avec du Matrigel frais et une culture comme précédemment.

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