Faire avancer la recherche sur l'intestin avec des organoïdes porcs

Le tube digestif (TD) est super important pour décomposer la nourriture, absorber les nutriments, éliminer les déchets et garder le corps en équilibre. La muqueuse du TD joue un rôle clé en contrôlant ce qui peut passer, comme les nutriments, le sel et l'eau. Il y a des protéines spéciales appelées protéines de jonction serrée qui aident à garder cette muqueuse intacte et fonctionnelle. Ces protéines servent de barrière et aussi de passage pour les choses qui entrent et sortent.

Une couche de mucus, produite par des cellules caliciformes, protège la muqueuse des germes et des dommages physiques. Différents canaux et Transporteurs aident à déplacer des substances spécifiques dans et hors des cellules. Les chercheurs ont surtout étudié le TD avec des modèles animaux, les cochons étant un choix populaire parce que leur état intestinal est similaire à celui des humains. Cependant, il y a de plus en plus de préoccupations éthiques concernant l'utilisation des animaux pour la recherche. Du coup, les scientifiques se tournent vers des méthodes alternatives comme les cultures cellulaires pour étudier le TD.

#Le Besoin de Meilleurs Modèles

Bien que les lignées cellulaires soient utiles pour certaines études, elles se concentrent souvent sur un seul type de cellule. Le côlon a plein de types de cellules différents, chacune avec son propre rôle. Pour mieux représenter ces différences, les chercheurs ont développé des modèles d’Organoïdes, à partir de 2009. Les organoïdes sont des amas de cellules qui peuvent se développer en différents types de cellules épithéliales et se renouveler. Quand ils sont cultivés en couche bidimensionnelle, ces organoïdes peuvent donner des aperçus précieux pour comprendre le fonctionnement de l'intestin.

Un objectif spécifique est d'examiner comment les organoïdes de côlon porcin fonctionnent au niveau cellulaire, y compris comment ils expriment certains gènes comparés aux tissus réels. Cette étude va aussi analyser comment ces organoïdes transportent des substances, ce qui est essentiel pour leur rôle en nutrition et santé.

#Création d'Organoïdes 3D et 2D

Pour faire des organoïdes 3D, les chercheurs isolent d'abord des cryptes intestinales à partir de tissu de côlon de porc. Ensuite, ils les cultivent dans un gel spécial appelé Matrigel, qui fournit le bon environnement pour que les organoïdes se développent. Les chercheurs changent soigneusement le milieu de culture tous les quelques jours et déconstruisent les amas qui deviennent trop gros.

Pour créer des organoïdes 2D, ils prennent des organoïdes 3D établis et les décomposent en couches simples. Après les avoir traités avec certaines enzymes, les cellules sont comptées et placées sur des inserts de culture cellulaire spéciaux. Les chercheurs remplacent le milieu tous les deux jours et mesurent à quel point les cellules établissent des connexions entre elles.

#Analyse des Cellules

Au dixième jour de croissance, les chercheurs collectent les cellules pour analyser leurs caractéristiques. Ils utilisent diverses méthodes pour étudier l'expression des gènes des protéines de jonction serrée, qui sont essentielles pour maintenir la fonction barrière de la muqueuse intestinale.

Avec des kits spécifiques, les chercheurs extraient l'ARN des cellules pour déterminer combien de certains gènes sont exprimés. En comparant les cultures d'organoïdes 2D avec des tissus natifs du côlon, ils peuvent voir si les organoïdes reflètent fidèlement le tissu réel.

#Suivi de la Fonction Barrière

Une façon d’évaluer la santé de la couche cellulaire est de mesurer sa Résistance électrique, connue sous le nom de résistance électrique transepitheliale (TEER). Une TEER plus élevée indique une barrière plus solide, ce qui est nécessaire pour que l'intestin fonctionne correctement. Dans cette étude, les valeurs de TEER ont augmenté au fil du temps, atteignant un point stable après le huitième jour de croissance.

Avec la microscopie électronique, les chercheurs peuvent visuellement confirmer l'intégrité de la couche. Ils constatent que la couche organoïde a des microvillosités bien formées et des cellules caliciformes qui produisent du mucus, deux caractéristiques importantes d'un côlon sain.

#Expression génétique dans les Organoïdes

La prochaine étape est d'évaluer si les organoïdes expriment des gènes clés cruciaux pour la fonction intestinale. Les chercheurs se concentrent sur des gènes responsables du transport de substances importantes comme le sodium et le chlorure. Ils trouvent que l'expression de ces gènes dans la culture d'organoïdes 2D est comparable à celle dans le tissu natif.

Cette similarité est significative car elle montre que les organoïdes peuvent être utilisés pour étudier comment l'intestin fonctionne en termes d'absorption et de sécrétion des nutriments. L'expression des mucines, qui sont des composants importants du mucus, n'a également montré aucune différence significative lorsqu'on compare les organoïdes au tissu natif.

#Étude de la Physiologie du Transport

Pour étudier comment les substances se déplacent à travers la couche organoïde, les chercheurs ont utilisé un outil appelé chambre de Ussing. Cette méthode leur permet de mesurer comment les courants électriques changent lorsque certaines substances sont ajoutées. Par exemple, l'ajout de glucose à la couche organoïde a entraîné une augmentation du courant électrique, indiquant que le glucose était bien absorbé, montrant l'activité du transporteur sodium-glucose.

Les chercheurs ont aussi testé comment d'autres substances influençaient le courant, comme la forskoline, qui stimule la sécrétion de chlorure. Ils ont observé que l'ajout de forskoline entraînait des changements significatifs dans le courant électrique, suggérant que les organoïdes peuvent imiter la réponse du tissu natif.

#Impact de l'Amiloride sur les Canaux de Sodium

L'amiloride est un médicament qui peut bloquer l'entrée de sodium dans les cellules. Les chercheurs ont testé comment différentes concentrations d'amiloride affectaient le courant électrique dans les organoïdes. Ils ont découvert qu'à certaines concentrations, l'amiloride diminuait effectivement le courant, montrant qu'il influençait les canaux de sodium comme prévu.

Quand les organoïdes ont été prétraités avec l'aldostérone, une hormone qui améliore l'absorption de sodium, les chercheurs voulaient voir si cela changerait la réponse du courant. Cependant, ils ont constaté que l'ajout d'aldostérone n'avait pas d'effet significatif sur le courant.

#L'Importance de la Fonction Barrière

La couche épithéliale dans le côlon est responsable d'agir comme une barrière qui contrôle ce qui peut passer tout en protégeant contre les substances nuisibles. La présence de microvillosités et de cellules caliciformes dans la couche organoïde est cohérente avec ce qui est observé dans un côlon sain.

Cette fonction barrière est cruciale pour l'absorption des nutriments et la prévention des infections. L'expression génique et la fonctionnalité observées suggèrent que les organoïdes sont capables de maintenir une barrière sélective, similaire à celle du tissu naturel.

#Fonctionnalité des Transporteurs et des Canaux

Les protéines de transport et les canaux jouent un rôle important dans le fonctionnement du côlon. Les niveaux d'expression de certaines protéines, comme les transporteurs de sodium et de chlorure, sont restés constants entre les organoïdes et le tissu colique natif. Cette constance indique que les organoïdes peuvent être utilisés pour d'autres études.

Les chercheurs ont utilisé la chambre de Ussing pour tester à quel point ces transporteurs fonctionnaient dans les cultures d'organoïdes. Ils ont constaté que les organoïdes réagissaient au glucose de manière similaire à ce que ferait le tissu naturel, bien qu'il y ait quelques différences dans l'étendue de la réponse.

#Conclusion

Le but de cette recherche était de créer un modèle in vitro qui représente fidèlement le côlon porcin pour étudier ses propriétés fonctionnelles. Les résultats montrent que la culture 2D d'organoïdes de côlon porcin peut former une monocouche dense et saine, comme le tissu naturel. Les schémas d'expression génique sont similaires, indiquant que les organoïdes sont de bons modèles pour la recherche.

Cette étude démontre que de tels modèles ont le potentiel de remplacer les tests sur animaux pour certains projets de recherche, en accord avec les principes éthiques qui encouragent la réduction, le remplacement et le raffinement de l'utilisation des animaux dans les expériences. Les résultats fournissent également une solide base pour de futures études liées à la physiologie colique et aux maladies.