Image détaillée de la rétine humaine

Dans quel tissu humain se trouve quel type de cellule et à quel endroit ? Quels gènes sont actifs dans les différentes cellules et quelles protéines y trouve-t-on ? Un atlas spécial doit fournir des informations à ce sujet - et surtout sur la manière dont les différents tissus se forment au cours du développement embryonnaire et sur l'apparition de maladies. Pour ce faire, les chercheurs souhaitent cartographier non seulement les tissus directement isolés de l'homme, mais aussi les organoïdes. Ce sont des amas de tissus tridimensionnels cultivés en laboratoire et qui, à petite échelle, connaissent un développement similaire à celui des organes humains.

"Les organoïdes ont l'avantage de nous permettre d'intervenir dans leur développement et de tester des substances actives sur eux. Nous pouvons ainsi en apprendre davantage sur les tissus sains ainsi que sur les maladies", explique Barbara Treutlein, professeure de biologie quantitative du développement au Département des systèmes biologiques de l'ETH Zurich à Bâle.

Pour contribuer à un tel atlas, Treutlein a maintenant développé, en collaboration avec des chercheurs des Universités de Zurich et de Bâle, une approche permettant de collecter et de rassembler de très nombreuses informations sur les organoïdes et leur développement. Les chercheurs l'ont démontré à l'aide d'organoïdes de la rétine humaine, qu'ils ont obtenus à partir de cellules souches.

De nombreuses protéines visibles en même temps

La technologie 4i (iterative indirect immunofluorescence imaging) était au cœur des méthodes utilisées par les scientifiques pour leur approche. Il s'agit d'une nouvelle méthode d'imagerie permettant de visualiser en haute résolution plusieurs dizaines de protéines dans un mince échantillon de tissu par microscopie à fluorescence. La technologie 4i a été développée il y a quelques années par Lucas Pelkmans, professeur à l'Université de Zurich et co-auteur de l'étude qui vient d'être publiée dans la revue scientifique page externeNature Biotechnology a été publié. Dans le présent travail, les chercheurs ont désormais appliqué cette méthode pour la première fois aux organoïdes.

En règle générale, les chercheurs utilisent la microscopie à fluorescence pour visualiser trois protéines dans un tissu, chacune avec un colorant fluorescent. Pour des raisons techniques, il n'est pas possible de colorer plus de cinq protéines à la fois. Avec la technologie 4i, trois colorants sont utilisés, mais après la mesure, ils sont éliminés par lavage de l'échantillon de tissu et trois nouvelles protéines sont rendues visibles. Un robot a effectué cette étape 18 fois, ce qui a pris 18 jours au total. Enfin, un ordinateur assemble les images individuelles en une seule image microscopique, sur laquelle 53 protéines différentes sont visibles. Elles donnent des informations sur la fonction des différents types de cellules qui composent la rétine, par exemple les cellules à bâtonnets et à cônes ainsi que les cellules ganglionnaires.

Les chercheurs ont complété cette information d'image de protéines rétiniennes par des informations sur les gènes lus dans les différentes cellules.

Haute résolution spatiale et temporelle

Les scientifiques ont effectué toutes ces analyses sur des organoïdes d'âges différents et qui se trouvaient donc à différents stades de développement. Les chercheurs ont ainsi créé une série chronologique d'images et d'informations génétiques décrivant l'ensemble du développement des organoïdes rétiniens, qui a duré 39 semaines. "Nous pouvons ainsi montrer comment le tissu organoïde se construit lentement, où et quand se multiplient les différents types de cellules et où se trouvent les synapses. Ces processus sont comparables à ceux de la formation de la rétine pendant le développement embryonnaire", explique Gray Camp, professeur à l'université de Bâle et l'un des responsables de cette étude.

Les chercheurs ont publié leurs images et d'autres informations sur le développement de la rétine sur un site web accessible au public : EyeSee4is.

D'autres types de tissus en projet

Jusqu'à présent, les scientifiques ont étudié le développement de la rétine saine. A l'avenir, ils souhaitent perturber délibérément le développement des organoïdes rétiniens à l'aide de substances actives ou de modifications génétiques. "Cela nous permettra d'acquérir de nouvelles connaissances sur des maladies telles que la rétinite pigmentaire, qui est héréditaire et qui entraîne une dégénérescence des récepteurs photosensibles de la rétine au cours d'un processus insidieux, au cours duquel les personnes concernées deviennent aveugles", explique Camp. Les chercheurs veulent découvrir quand ce processus commence et comment on peut éventuellement l'arrêter.

Treutlein et ses collègues sont également en train d'appliquer la nouvelle approche de cartographie détaillée à d'autres types de tissus, comme différentes parties du cerveau humain et différents tissus tumoraux. L'objectif est de créer petit à petit un atlas qui renseigne sur le développement des organoïdes et des tissus humains.