Les cellules oculaires rétiniennes cultivées en laboratoire établissent des connexions réussies.

 par Chris Barncard, Université du Wisconsin-Madison

Selon une nouvelle étude, les cellules rétiniennes cultivées à partir de cellules souches peuvent atteindre et se connecter avec leurs voisins, complétant une "poignée de main" qui peut montrer que les cellules sont prêtes pour des essais chez l'homme souffrant de troubles oculaires dégénératifs.

Il y a plus de dix ans, des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison ont développé un moyen de développer des amas organisés de cellules, appelées organoïdes, qui ressemblent à la rétine, le tissu sensible à la lumière à l'arrière de l'œil. Ils ont persuadé des cellules cutanées humaines reprogrammées pour agir comme des cellules souches de se développer en couches de plusieurs types de cellules rétiniennes qui détectent la lumière et transmettent finalement ce que nous voyons au cerveau.

"Nous voulions utiliser les cellules de ces organoïdes comme pièces de rechange pour les mêmes types de cellules qui ont été perdues au cours de maladies rétiniennes", explique David Gamm, professeur d'ophtalmologie à l'UW-Madison et directeur du McPherson Eye Research Institute dont laboratoire a développé les organoïdes. « Mais après avoir été cultivées dans une boîte de laboratoire pendant des mois sous forme de grappes compactes, la question demeure : les cellules se comporteront-elles correctement après les avoir séparées ? Parce que c'est la clé pour les introduire dans l'œil d'un patient.

En 2022, les collaborateurs de Gamm et UW-Madison ont publié des études montrant que les cellules rétiniennes développées en boîte appelées photorécepteurs réagissent comme celles d'une rétine saine à différentes longueurs d'onde et intensités de lumière, et qu'une fois séparées des cellules adjacentes dans leur organoïde, elles peuvent tendre la main vers de nouveaux voisins avec des cordons biologiques caractéristiques appelés axones.

"La dernière pièce du puzzle était de voir si ces cordons avaient la capacité de se brancher ou de serrer la main d'autres types de cellules rétiniennes afin de communiquer", explique Gamm, dont les nouveaux résultats sur les connexions réussies entre les cellules seront publiés. cette semaine dans les Actes de l'Académie nationale des sciences .

Les cellules de la rétine et du cerveau communiquent à travers les synapses , de minuscules espaces à l'extrémité de leurs cordons. Pour confirmer que leurs cellules rétiniennes cultivées en laboratoire ont la capacité de remplacer les cellules malades et de transporter des informations sensorielles comme les cellules saines, les chercheurs devaient montrer qu'elles pouvaient fabriquer des synapses.

Xinyu Zhao, professeur de neurosciences à l'UW-Madison et co-auteur de la nouvelle étude, a travaillé avec les cellules du laboratoire Gamm pour aider à étudier leur capacité à former des connexions synaptiques. Ils l'ont fait en utilisant un virus de la rage modifié pour identifier des paires de cellules qui pourraient former les moyens de communiquer entre elles.

L'équipe de recherche, comprenant des étudiants diplômés et co-premiers auteurs Allison Ludwig et Steven Mayerl, a séparé les organoïdes rétiniens en cellules individuelles , leur a donné une semaine pour étendre leurs axones et établir de nouvelles connexions, les a exposés au virus, puis a pris un coup d'oeil. Ce qu'ils ont vu, ce sont de nombreuses cellules rétiniennes marquées d'une couleur fluorescente indiquant qu'une infection par la rage en a infecté une à travers une synapse formée avec succès entre voisins.

"Nous avons matelassé cette histoire ensemble dans le laboratoire, une pièce à la fois, pour renforcer la confiance que nous allons dans la bonne direction", déclare Gamm, qui a breveté les organoïdes et co-fondé Opsis Therapeutics, basé à Madison, qui adapte la technologie pour traiter les troubles oculaires humains sur la base des découvertes de l'UW-Madison. "Tout cela mène, en fin de compte, à des essais cliniques sur l'homme , qui sont clairement la prochaine étape."

Après avoir confirmé la présence de connexions synaptiques, les chercheurs ont analysé les cellules impliquées et ont découvert que les types de cellules rétiniennes les plus courants formant des synapses étaient des photorécepteurs - des bâtonnets et des cônes - qui sont perdus dans des maladies comme la rétinite pigmentaire et la dégénérescence maculaire liée à l'âge. comme dans certaines lésions oculaires. Le deuxième type de cellule le plus courant, les cellules ganglionnaires rétiniennes , est dégénéré dans les troubles du nerf optique comme le glaucome.

"Ce fut une révélation importante pour nous", déclare Gamm. "Cela montre vraiment l'impact potentiellement large que ces organoïdes rétiniens pourraient avoir."

Plus d'informations : Allison L. Ludwig et al, Re-formation de la connectivité synaptique dans des cultures organoïdes rétiniennes dérivées de cellules souches humaines dissociées, Actes de l'Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2213418120

Informations sur la revue : Actes de l'Académie nationale des sciences