Lettre hebdomadaire :
7-13 décembre 2020
Niveau de difficulté :
Une structure multicellulaire tridimensionnelle pour étudier la COVID-19
De nombreux essais cliniques sont actuellement en cours pour prévenir ou guérir les pneumonies causées par le SARS-CoV-2. En parallèle, la recherche préclinique est essentielle pour mieux comprendre les détails de cette maladie mais aussi pour identifier de nouvelles cibles thérapeutiques.
Pour ce faire, des modèles reproduisant au mieux le cycle d’infection et la physiopathologie complexe de la COVID-19 sont nécessaires. Les modèles in vivo utilisent des animaux parfois éloignés de l’homme (souris, hamster, furets et chats) et de plus proches, comme les macaques. Si ces derniers rendent compte au mieux de l’interaction hôte-virus dans sa globalité, leur utilisation est limitée, non seulement pour des raisons éthiques, mais aussi en raison de leur faible taux de reproduction. Les expérimentations sur poumons entiers, issus de donneurs décédés, sont rares pour des raisons évidentes de disponibilité. Plus pratiques, les modèles in vitro utilisent des cellules humaines de l’épithélium respiratoire exprimant le récepteur ACE2 qui permet l’entrée du virus dans les cellules. Mais il s’avère que les modèles de cellules primaires (issues de patients sans être modifiées) se multiplient lentement et de façon limitée et que les lignées cellulaires modifiées, couramment utilisées en laboratoire, sont peu appropriées pour cette infection.
Les organoïdes sont quant à eux des cellules prélevées qui sont ensuite retravaillées en laboratoire. Ils sont tridimensionnels et composés de plusieurs types cellulaires, reproduisant la micro-anatomie d’un organe humain. Capables de se répliquer, ils représentent des modèles alternatifs de choix pour imiter les conditions physiologiques.
C’est ce qu’on peut représenter schématiquement ainsi :
Comment les obtenir ?
L’environnement pulmonaire distal, principalement ciblé par le SARS-CoV-2, est composé de bronchioles terminales et d’alvéoles où ont lieu les échanges gazeux avec le sang. Chez certains patients, cette infection entraîne un syndrome de détresse respiratoire aigüe provoqué par un mécanisme encore mal compris.
Des chercheurs de l’Université de Stanford ont toutefois réussi à créer des organoïdes pulmonaires humains en utilisant des cellules souches primaires, dérivées de cellules épithéliales alvéolaires AT2 (pneumocytes) et basales KRT5+ (maintien de l’épithélium pseudostratifié). Les pneumocytes AT2 se renouvellent efficacement et se différencient en cellules AT1 pour mimer l’épithélium tapissant les alvéoles. Les cellules basales se différencient en cellules ciliées et cellules de bronchioles. L’ensemble se réorganise pour former un environnement complexe polarisé avec microvillosités et jonctions apicales imitant la surface extérieure pulmonaire. Ces organoïdes sont donc une réplique très satisfaisante du milieu pulmonaire naturel.
Comment ces organoïdes réagissent-ils au virus ?
Environ 10% des cellules organoïdes basales et épithéliales sont infectées par le SARS-CoV-2 grâce à l’expression apicale du récepteur ACE2, comme dans des poumons naturels. Ce système a aussi montré une infection efficace par le virus de la grippe H1N1, alors inhibée par l’analogue de nucléoside Fdc.
Toutefois, de manière inattendue, les cellules de bronchioles seraient une nouvelle cible du virus, nuisant ainsi à la production du revêtement protecteur des tissus pulmonaires (glycosaminoglycanes) et favorisant ainsi le cycle d’infection.
Ces organoïdes sont donc adaptés à la recherche de composés antiviraux même si leurs composés broncholytiques surréagissent. Ce nouveau modèle, viable sur le long terme et facile à cultiver, pourrait aussi permettre d’étudier d’autres pathologies pulmonaires infectieuses, interstitielles ou néoplasiques, mais aussi de trouver des applications dans la médecine de précision.
