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Méthode neuve pour élever des embryons en dehors de l'utérus

Pour observer comment une bille minuscule des cellules identiques sur son chemin aux attaches mammifères étant d'un embryon d'abord à une paroi utérine de attente et se développe alors en système nerveux, coeur, estomac et membres : C'a été un Graal élevé-recherché dans le domaine du développement embryonnaire pendant presque 100 années. Prof. Jacob Hanna de l'institut de Weizmann de la Science et son groupe ont maintenant accompli cet exploit.

La méthode qu'ils ont produite pour les embryons grandissants de souris en dehors de l'utérus pendant les étapes initiales après que l'implantation d'embryon donne à des chercheurs un outil sans précédent pour comprendre le programme de développement codé dans les gènes, et elle peut fournir l'analyse détaillée dans la naissance et les défectuosités de développement ainsi que ceux impliquées dans l'implantation d'embryon. Les résultats de cette recherche étaient publiés en nature.

Hanna, qui est dans le service de la génétique moléculaire de l'institut, explique que beaucoup de ce qui est connu au sujet du développement embryonnaire mammifère aujourd'hui vient d'observer le procédé dans les non-mammifères comme les grenouilles ou les poissons qui pondent les oeufs transparents, ou en obtenant des images statiques des embryons disséqués de souris et en les ajoutant ensemble. L'idée d'élever les embryons tôt en dehors de l'utérus a été autour avant même les années 1930, il ajoute, mais les expériences basées sur ces propositions ont eu la réussite limitée et les embryons ont tendu à être anormaux.

L'équipe de Hanna a décidé de remplacer que l'effort afin d'avancer la recherche dans son laboratoire, qui se concentre sur la voie le programme de développement est décrété en cellules souche embryonnaires. Sur sept ans, test et erreur, réglage fin et en revérifiant, son équipe a proposé un procédé en deux étapes dans lequel elles pouvaient élever les embryons se développants normalement de souris en dehors de l'utérus pendant six jours - autour d'un tiers de leur gestation de 20 jours - d'ici là les embryons ont déjà eu un régime bien défini de fuselage et des organes visibles.

À nous, c'est la partie la plus mystérieuse et la plus intéressante de développement embryonnaire, et nous pouvons maintenant l'observer et expérimenter avec elle dans le petit groupe étonnant. »

Prof. Jacob Hanna, institut de Weizmann de la Science

La recherche a été aboutie par Alejandro Aguilera-Castrejon, M. Bernardo Oldak, défunt M. Rada Massarwa et M. Noa Novershtern en laboratoire de Hanna et M. Itay Maza, un ancien stagiaire de Hanna maintenant dans le campus de santé de Rambam de l'Institut de Technologie de Technion - de l'Israël.

Pour la première étape, qui a duré environ deux jours, les chercheurs ont commencé par de vieux embryons de souris de plusieurs-jour -- juste après qu'ils auraient implanté dans l'utérus. À ce stade les embryons étaient des billes se composant de 250 cellules souche identiques. Ceux-ci ont été mis sur un support spécial d'accroissement dans une assiette de laboratoire et l'équipe a obtenu les billes pour fixer à ce support pendant qu'elles à la paroi utérine. Avec cette opération, elles ont réussi à reproduire la première phase de développement embryonnaire, dans laquelle l'embryon double et triple dans la taille, car il différencie dans trois couches : intérieur, moyen et extérieur.

Au delà de deux jours, comme les embryons ont écrit le prochain stade de développement - la formation des organes de chacune des couches - ils ont eu besoin de conditions complémentaires. Pour cette deuxième opération, les scientifiques ont mis les embryons dans une solution d'éléments nutritifs dans des bechers minuscules, réglant les bechers sur les rouleaux qui ont maintenu les solutions en mouvement et soutenu mélangées. Que le mélange semble avoir aidé à maintenir les embryons, qui se développaient sans flux de sang maternel au placenta, baigné dans les éléments nutritifs. En plus de régler soigneusement les éléments nutritifs dans les bechers, l'équipe a appris dans d'autres expériences à régler de près les gaz, l'oxygène et dioxyde de carbone - pas simplement les montants, mais la pression de gaz aussi bien.

Pour vérifier si les procédés de développement qu'ils observaient dans toutes les deux opérations étaient normaux, les comparaisons attentives conduites par équipe des embryons étant coupés des souris enceintes pendant la période de référence de temps, prouvant que la séparation dans des couches et la formation d'organe étaient presqu'identique dans les deux groupes. Dans des expériences suivantes, ils ont inséré dans les embryons les gènes qui ont marqué les organes croissants dans des couleurs fluorescentes. La réussite de cette tentative a proposé que d'autres expériences avec ce système comportant manipulations génétiques et autres variées devraient produire des résultats fiables. « Nous pensons que vous pouvez injecter des gènes ou d'autres éléments dans les cellules, modifier les conditions ou infecter l'embryon avec un virus, et le système que nous avons expliqué donnera t'à des résultats compatibles avec le développement à l'intérieur d'un utérus de souris, » indique Hanna.

« Si vous donnez à un embryon les bonnes conditions, son code génétique fonctionnera comme une ligne pré-établie des dominos, disposée pour tomber l'un après l'autre, » il ajoute. « Notre objectif était de recréer ces conditions, et maintenant nous pouvons observer, en temps réel, car chaque domino heurte le prochain dans la ligne. » Notamment, explique Hanna, la méthode abaissera le coût et accélérera le procédé de la recherche dans le domaine de la biologie du développement, ainsi que réduira le besoin d'animaux de laboratoire.

En fait, la prochaine opération en laboratoire de Hanna sera de voir s'ils peuvent sauter l'opération de retirer des embryons des souris enceintes. Lui et son équipe ont l'intention d'essayer de produire les embryons artificiels effectués à partir des cellules souche pour l'usage dans cette recherche. Notamment, ils espèrent mettre leur méthode neuve pour fonctionner pour répondre à des questions telles que pourquoi tant de grossesses n'implantent pas, pourquoi l'hublot pour l'implantation est si court, comment les cellules souche détruisent graduellement leur « stemness » car la différenciation progresse et quelles conditions dans la gestation peuvent plus tard mener aux troubles du développement.

Source:
Journal reference:

Aguilera-Castrejon, A., et al. (2021) Ex utero mouse embryogenesis from pre-gastrulation to late organogenesis. Nature. doi.org/10.1038/s41586-021-03416-3.