Au cours de sa première semaine, un ovule humain fécondé se développe en une boule creuse de 200 cellules puis s’implante sur la paroi de l’utérus. Au cours des trois semaines suivantes, il se divise en différents tissus du corps humain.
Et ces quelques semaines cruciales restent, pour la plupart, une boîte noire.
“Nous connaissons les bases, mais nous ne connaissons tout simplement pas les détails les plus fins”, a déclaré Jacob Hanna, biologiste du développement à l’Institut Weizmann des sciences en Israël.
Le Dr Hanna et un certain nombre d’autres biologistes tentent de découvrir ces détails en créant des modèles d’embryons humains en laboratoire. Ils incitent les cellules souches à s’organiser en amas qui prennent certaines des caractéristiques essentielles des vrais embryons.
Ce mois-ci, L’équipe du Dr Hanna en Israëlainsi que des groupes dans Grande-Bretagnele États-Unis et Chine, ont publié des rapports sur ces expériences. Les études, bien qu’elles ne soient pas encore publiées dans des revues scientifiques, ont suscité un vif intérêt de la part d’autres scientifiques, qui espèrent depuis des années que de telles avancées pourraient enfin éclairer certains des mystères du développement humain précoce.
Les éthiciens ont longtemps mis en garde que l’avènement des modèles embryonnaires compliquerait encore la régulation déjà compliquée de cette recherche. Mais les scientifiques à l’origine de ces nouveaux travaux n’ont pas tardé à souligner qu’ils n’avaient pas créé de véritables embryons et que leurs amas de cellules souches ne pourraient jamais donner naissance à un être humain.
“Nos objectifs ne sont jamais dans le but de la reproduction humaine”, a déclaré Tianqing Li, biologiste du développement à l’Université des sciences et technologies de Kunming en Chine, qui a dirigé l’une des nouvelles études.
Au lieu de cela, le Dr Li et ses collègues scientifiques espèrent que les modèles d’embryons conduiront à de nouveaux traitements contre l’infertilité et même contre des maladies comme le cancer.
“Nous le faisons pour sauver des vies, pas pour les créer”, a déclaré Magdalena Zernicka-Goetz, biologiste du développement à l’Université de Cambridge et au California Institute of Technology, qui a dirigé un autre effort.
Pendant des décennies, les seuls embryons humains que les biologistes du développement pouvaient étudier étaient des spécimens prélevés lors de fausses couches ou d’avortements. En conséquence, les scientifiques se sont retrouvés avec de profondes questions sur le début du développement humain. Trente pour cent des grossesses échouent au cours de la première semaine et 30 % échouent lors de l’implantation. Les chercheurs ont du mal à expliquer pourquoi la majorité des embryons ne survivent pas.
Après le développement de la fécondation in vitro dans les années 1970, les scientifiques ont commencé à étudier les embryons donnés par les cliniques de fertilité. Certains pays ont interdit la recherche, tandis que d’autres l’ont autorisée à se poursuivre, généralement avec une limite de 14 jours. À ce moment-là, l’embryon humain commence à acquérir certaines de ses principales caractéristiques. Une structure appelée la ligne primitivepar exemple, organise la disposition tête-pied que va prendre le corps.
Pendant des années, la règle des 14 jours était discutable car personne ne pouvait garder les embryons en vie plus de quelques jours après la fécondation. Les choses se sont compliquées en 2016, lorsque le groupe du Dr Zernicka-Goetz et une autre équipe ont réussi à maintenir les embryons en vie proche de la marque des 14 jours. Les embryons n’ont pas survécu plus longtemps parce que les scientifiques les ont détruits.
L’accomplissement a conduit les scientifiques à débat la possibilité de laisser les embryons se développer au-delà de 14 jours. Mais même si ces expériences devenaient légales, elles seraient toujours difficiles à réaliser car l’offre d’embryons donnés est rare.
Ces dernières années, les chercheurs ont cherché un moyen plus simple d’étudier les embryons : en en faisant des modèles en laboratoire. Les scientifiques ont profité du fait que les cellules souches, dans de bonnes conditions environnementales, peuvent se transformer en de nouveaux types de tissus.
Les adultes ont des cellules souches dans seulement quelques parties du corps. Dans la peau, par exemple, les cellules souches produisent une gamme de nouvelles cellules qui guérissent les plaies. Dans les premiers embryons, en revanche, toutes les cellules ont le potentiel de se transformer en une grande variété de tissus.
L’année dernière, L’équipe du Dr Zernicka-Goetz et L’équipe du Dr Hanna utilisé des cellules souches embryonnaires de souris pour fabriquer des modèles d’embryons. Depuis lors, eux et d’autres scientifiques tentent de faire de même avec des cellules souches embryonnaires humaines.
Chaque équipe a utilisé une méthode différente, mais elles tirent toutes parti de la même biologie sous-jacente. Au moment où un embryon humain s’implante dans l’utérus, ses cellules ont commencé à diverger en différents types. Un type de cellule continuera à produire les cellules du corps. Les autres types produiront des tissus qui entourent l’embryon pendant le développement, comme le placenta. Ces types cellulaires s’envoient entre eux des signaux moléculaires essentiels à leur développement.
Les chercheurs ont persuadé des cellules souches d’imiter certains de ces types de cellules, puis les ont mélangées. Les cellules se sont regroupées et se sont spontanément organisées en grappes. Les cellules destinées à devenir l’embryon se blottissaient au milieu, tandis que les autres types migraient vers l’extérieur.
Au fur et à mesure que les cellules communiquaient entre elles, elles se divisaient et formaient de nouvelles structures qui ressemblaient à des parties d’embryons. Le Dr Mo Ebrahimkhani, biologiste du développement à l’Université de Pittsburgh, et ses collègues ont observé la formation d’un sac vitellin dans leur expérience, par exemple. Hors du sac vitellin, ils ont même observé le développement de progéniteurs de cellules sanguines.
Le Dr Zernicka-Goetz et ses collègues ont également observé le développement de cellules ressemblant aux précurseurs des ovules et des spermatozoïdes.
“C’était absolument passionnant”, a déclaré le Dr Zernicka-Goetz. “Il est parfois difficile de croire que ces cellules souches se développent dans ces structures.”
Si les scientifiques peuvent créer des modèles d’embryons proches et fiables, ils pourront mener des expériences à grande échelle pour tester les causes potentielles d’échecs de grossesse, telles que les infections virales et les mutations génétiques.
Les modèles pourraient également conduire à d’autres avancées médicales, a noté Insoo Hyun, membre du Harvard Medical School Center for Bioethics qui n’a pas participé aux nouvelles études.
“Une fois que vous avez mis en place les modèles d’embryons et que vous pouvez compter sur eux, cela peut être un moyen intéressant de dépister les médicaments que les femmes prennent lorsqu’elles sont enceintes”, a-t-il déclaré. “Ce serait un énorme avantage.”
Le Dr Hanna et le Dr Ebrahimkhani ont également vu la possibilité d’utiliser des modèles d’embryons comme nouvelle forme de traitement par cellules souches pour des maladies telles que le cancer.
Dans les greffes conventionnelles de cellules souches, les médecins prélèvent les cellules souches sanguines de la moelle osseuse avant de tuer les cellules cancéreuses par radiothérapie ou chimiothérapie. Ils renvoient ensuite les cellules saines dans le corps.
Malheureusement, cette méthode n’a pas un haut taux de réussite. Certains chercheurs ont suggéré que les formes antérieures de cellules souches seraient plus susceptibles de guérir les patients.
Les modèles d’embryons pourraient permettre aux médecins de remonter le temps. Les chercheurs prenaient des cellules de la peau d’un patient et les aspergeaient de produits chimiques pour les mettre dans un état semblable à celui des cellules souches. Avec d’autres bains chimiques, ces cellules souches pourraient ensuite être transformées en un modèle d’embryon, qui pourrait à son tour se développer en cellules sanguines précoces dont le patient a besoin après une greffe.
Alysson Muotri, biologiste du développement à l’Université de Californie à San Diego qui n’était pas impliquée dans les nouvelles études, a averti que les nouvelles études ne démontraient qu’une étape préliminaire. D’une part, alors que les techniques aboutissaient parfois à des grappes ressemblant à des embryons, elles échouaient souvent.
“Le travail en est à ses débuts et les méthodes actuelles sont loin d’être fiables”, a déclaré le Dr Muotri.
