Nouvelles perspectives sur le développement des cellules sanguines à partir des cellules souches

Les Cellules souches hématopoïétiques (CSH) sont des cellules spéciales dans le corps qui peuvent se transformer en différents types de cellules sanguines. Ces cellules sont super importantes parce qu'elles aident à garder notre système sanguin en bonne santé tout au long de notre vie. Pourtant, les scientifiques ont du mal à créer ces cellules souches à partir d'autres types de cellules, comme celles de souris ou d'humains, même après avoir bossé là-dessus pendant des années. C'est surtout parce que le processus de création de CSH à partir des premières étapes de développement est vraiment complexe. Les tentatives de reproduire ce processus en labo ont donné beaucoup de résultats flous.

La fabrication des cellules sanguines pendant le développement précoce se fait en plusieurs étapes, où différents types de précurseurs de cellules sanguines apparaissent avant que les vraies CSH puissent se former. La première étape arrive peu après une phase appelée gastrulation, produisant quelques-unes des premières cellules sanguines. Les étapes suivantes proviennent de cellules spéciales connues sous le nom d'Endothélium hémogénique. Ces cellules sont importantes parce qu'elles mènent finalement à la création des CSH.

De nombreuses méthodes de labo ont réussi à créer des types précoces de précurseurs de cellules sanguines. Cependant, elles ont du mal à produire des CSH de manière fiable. Ça montre qu'on a besoin de mieux comprendre les cellules produites par les techniques de labo actuelles et comment elles se comparent à celles trouvées dans les embryons en développement.

#Le développement précoce des cellules

Chez les souris, la formation de la ligne primitive, une structure clé dans le développement précoce, commence autour du sixième jour de croissance embryonnaire. Quand cette structure apparaît, c'est un moment important pour la migration des cellules. Les cellules dérivées de la ligne primitive ont des destins différents : certaines deviennent partie de l'embryon, tandis que d'autres contribuent aux tissus extérieurs.

Après avoir quitté la ligne primitive, les cellules commencent leur parcours pour former des structures spécifiques dans l'embryon. Ces mouvements mènent finalement à différents types de tissus, y compris ceux qui feront partie du système sanguin. Certaines cellules migrent vers des zones à l'extérieur de l'embryon, contribuant à des types précoces de cellules sanguines, tandis que d'autres aident à produire des cellules sanguines plus tard.

Divers signaux chimiques jouent un rôle crucial dans la direction de ces mouvements cellulaires et leur différenciation. Les scientifiques savent que les cellules souches ont besoin de ces signaux en quantités spécifiques et à des moments précis pour se développer correctement en différents types de cellules. Malheureusement, les méthodes existantes utilisées pour étudier ces processus manquent souvent des détails importants sur la façon dont de petites variations dans les signaux peuvent influencer le destin cellulaire à un niveau cellulaire unique.

Pour résoudre ce problème, les chercheurs ont utilisé une nouvelle technique appelée sci-Plex. Cette méthode leur permet de suivre comment les cellules réagissent à différentes combinaisons de signaux chimiques, en se concentrant sur comment elles se développent en divers types de cellules. Cette étude visait à comprendre comment ces signaux affectent la capacité des cellules souches à se transformer en types spécifiques de cellules, surtout celles impliquées dans le système sanguin.

#Utiliser sci-Plex pour étudier le développement cellulaire

Dans cette étude, les chercheurs ont construit sur une technique de labo établie qui permet aux cellules souches de se transformer en Mésoderme, une couche de tissu qui donne naissance à divers types de cellules. Ils ont créé 16 combinaisons différentes de signaux chimiques, Activin et BMP4, pour imiter ce qui se passe pendant le développement précoce lorsque la ligne primitive se forme.

Des cellules souches de souris ont été cultivées dans ces nouvelles conditions, et les scientifiques ont périodiquement observé les cellules pour déterminer comment elles se développaient. Ils étaient particulièrement intéressés à identifier des marqueurs spécifiques sur les cellules, qui servaient d'indicateurs des types de cellules en formation. Les résultats ont montré une gamme de différents types de cellules émergentes, ressemblant de près à ce qui se passe pendant le développement naturel chez les souris.

En analysant les données, les scientifiques ont pu voir une progression claire de l'étape de la ligne primitive à un mésoderme plus spécialisé, puis à des types distincts de cellules sanguines. Ils ont trouvé que les quantités des signaux chimiques influençaient significativement les types de cellules produites au fil du temps. Des niveaux plus élevés de certains signaux favorisaient la formation de cellules essentielles pour le développement sanguin et cardiovasculaire.

#Modèles de destin cellulaire dans le développement précoce

L'étude a confirmé qu'au début du développement, les cellules expriment des marqueurs spécifiques qui aident les scientifiques à identifier leur stade. L'expression du facteur de transcription T-box Brachyury était élevée au quatrième jour de différenciation, indiquant la présence de cellules de la ligne primitive. Au fur et à mesure que les cellules continuaient de se développer, leur expression de ces marqueurs a changé en conséquence.

Différentes conditions ont montré comment des concentrations spécifiques des signaux chimiques influençaient les destins cellulaires, des niveaux plus élevés d'Activin menant à une production accrue de certains types de cellules, particulièrement pendant les premières étapes. Les observations étaient étroitement alignées avec les connaissances existantes sur la façon dont ces processus se déroulent dans les embryons.

#Optimiser les conditions pour la production de cellules sanguines

Dans l'étude, les chercheurs se sont concentrés sur la production de mésoderme latéral (LPM) et d'endothélium hémogénique (HE), tous deux cruciaux pour le développement ultérieur des CSH. Ils ont constaté que l'ajustement des concentrations d'Activin et BMP4 pouvait maximiser la production de ces cellules précurseurs dans les cellules souches de souris en différenciation.

Les cellules qui ont émergé des cultures montraient des signes de ressemblance avec celles trouvées dans l'embryon précoce. Les chercheurs ont également noté que différents sous-ensembles de ces cellules exprimaient divers marqueurs, indiquant qu'elles suivaient deux chemins de développement distincts : comme le sac vitellin et comme HE intra-embryonnaire.

De plus, les chercheurs ont examiné si l'ajout d'acide rétinoïque, une molécule de signalisation connue pour influencer le destin cellulaire, pouvait améliorer la production du HE désiré à partir des cellules souches. Ils ont trouvé que l'ajout d'acide rétinoïque rendait certains types de HE plus communs tout en réduisant d'autres, indiquant son rôle significatif dans la direction du destin cellulaire.

#Conclusion

Cette étude a fourni des aperçus précieux sur les interactions complexes des signaux qui guident les décisions de destin cellulaire précoces dans les cellules souches. Les chercheurs ont démontré comment l'ajustement de ces signaux peut optimiser la production de types de cellules sanguines importantes en laboratoire. Bien qu'ils aient réussi à produire des cellules ressemblant beaucoup à celles trouvées dans les embryons en développement, ils n'ont pas observé le succès à long terme nécessaire pour créer des CSH à partir de ces cellules. Cela indique que d'autres recherches sont encore nécessaires pour identifier d'autres facteurs qui pourraient être essentiels pour générer des CSH pleinement fonctionnelles à partir de cellules souches en laboratoire.

Dans l'ensemble, le travail a illustré le potentiel des techniques à haut débit comme sci-Plex pour approfondir notre compréhension du développement cellulaire dans un environnement contrôlé, ouvrant la voie à de futures études visant à produire des types de cellules spécialisées pour la recherche et des applications thérapeutiques.