video: A 4-hour movie of tear gland organoids exposed to noradrenaline. view more
Credit: Marie Bannier-Hélaouët, copyright Hubrecht Institute
Des chercheurs de l'équipe de Hans Clevers de l'Institut Hubrecht et du département d'ophtalmologie de l'Universitair Medisch Centrum Utrecht (UMC Utrecht) ont utilisé la technologie des organoïdes pour fabriquer des glandes lacrymales humaines miniatures capables de pleurer. Les organoïdes servent de modèle pour étudier comment certaines cellules de la glande lacrymale humaine produisent des larmes ou ne parviennent pas à le faire. Les scientifiques du monde entier peuvent utiliser ce modèle pour identifier de nouvelles options de traitement pour les patients souffrant de troubles des glandes lacrymales ; l'objectif, à l'avenir, étant que ces organoïdes soient transplantés chez des patients dont les glandes lacrymales dysfonctionnent. Les résultats de ces recherches ont été publiés dans la revue Cell Stem Cell le 16 mars 2021.
La glande lacrymale est située dans la partie supérieure de l'orbite. Y sont sécrétées les larmes essentielles à la lubrification et à la nutrition de la cornée et qui contiennent des composants antibactériens. Rachel Kalmann, ophtalmologiste et chercheuse à l'UMC Utrecht, explique : « Le dysfonctionnement de la glande lacrymale, par exemple dans le syndrome de Sjögren, peut avoir des conséquences graves, notamment une sécheresse oculaire, voire une ulcération de la cornée. Cela peut dans certains cas conduire à la cécité. » Cependant, les mécanismes gouvernant fonctionnement de la glande lacrymale étaient jusqu'à présent inconnus et un modèle pour les étudier manquait. Des chercheurs du groupe de Hans Clevers présentent aujourd'hui le premier modèle humain pour étudier comment les cellules de la glande lacrymale pleurent ou n'y parviennent pas.
Des organoïdes qui pleurent
Les chercheurs ont utilisé la technologie des organoïdes pour cultiver des versions miniatures des glandes lacrymales de souris et d'homme dans en boîte de Pétri. Ces organoïdes sont de minuscules structures 3D qui imitent la fonction des organes. Après avoir cultivé ces organoïdes de glandes lacrymales, le défi était de les faire pleurer. Marie Bannier-Hélaouët, chercheuse à l'Institut Hubrecht, explique : «Les organoïdes sont cultivés à partir d'un cocktail de facteurs de croissance. Nous avons dû modifier le cocktail habituel pour rendre les organoïdes capables de pleurer. » Une fois que les chercheurs ont trouvé le mélange idéal de facteurs de croissance, ils ont pu faire pleurer les organoïdes. « Nos yeux sont toujours humides, tout comme les glandes lacrymales en culture », dit Marie Bannier-Hélaouët.
Des organoïdes qui gonflent comme des ballons De même que l'on pleure en réponse à la douleur, les organoïdes pleurent en réponse à des stimuli chimiques tels que la noradrénaline. Les cellules des organoïdes déversent leurs larmes à l'intérieur de l'organoïde. En conséquence, l'organoïde gonfle comme un ballon. La taille des organoïdes peut donc être utilisée comme indicateur de la production et de la sécrétion de larmes. « D'autres expériences ont révélé que différentes cellules de la glande lacrymale fabriquaient différents composants des larmes. Et ces cellules réagissent aussi différemment aux stimuli inducteurs de larmes », explique Yorick Post, un autre chercheur de l'Institut Hubrecht.
Atlas des cellules
La glande lacrymale est composée de plusieurs types de cellules, mais les organoïdes n'en contiennent qu'un seul : la cellule canalaire. Dans leur article, les chercheurs présentent un atlas des cellules de la glande lacrymale. Ils ont généré cet atlas en utilisant le séquençage de cellule unique ; une méthode avec laquelle des cellules individuelles peuvent être examinées et caractérisées. Yorick Post explique : « À l'avenir, nous aimerions également cultiver l'autre type de cellules de la glande lacrymale : les cellules acineuses. De cette façon, nous pourrions éventuellement reconstituer une glande lacrymale complète en laboratoire. » Grâce à cet atlas, les chercheurs ont également pu identifier de nouveaux produits lacrymaux, qui aident à protéger l'il contre les infections. Certains de ces composants sont spécifiquement produits par les cellules canalaires.
Transplantation d'organoïdes
Le développement des organoïdes de glande lacrymale est prometteur pour traiter les patients souffrant de troubles des glandes lacrymales. Les scientifiques peuvent maintenant utiliser ce modèle pour identifier de nouveaux médicaments pour les patients qui ne produisent pas suffisamment de larmes. De plus, les organoïdes peuvent être utilisés pour étudier comment les cancers de la glande lacrymale se forment et peuvent être traités. « Et j'espère que bientôt, ce type d'organoïdes pourra être transplanté à des patients dont les glandes lacrymales ne fonctionnent pas », conclut Marie Bannier-Hélaouët. L'étude démontre une fois de plus l'étendue du potentiel de la technologie organoïde pour la science et la médecine.
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Journal
Cell Stem Cell