Des chercheurs de l’Université de Bar Ilan créent des testicules en laboratoire

Des chercheurs de l’Université de Bar Ilan ont créé des testicules en laboratoire, une première scientifique qui, espèrent-ils, pourrait permettre de mieux comprendre la détermination du sexe et de progresser dans le traitement de l’infertilité.

Les « testicules de laboratoire » ne sont pas de taille réelle, mais sont des organoïdes, c’est-à-dire des versions tridimensionnelles miniatures et simplifiées produites in vitro qui imitent les fonctions et structures biologiques clés d’un organe.

Cette nouvelle réalisation a récemment fait l’objet d’une étude évaluée par des pairs et publiée dans l’International Journal of Biological Studies.

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« Cette dernière étude s’inscrit dans le cadre des travaux de mon laboratoire sur le processus de détermination du sexe et le développement des gonades, qui sont les testicules chez les mâles et les ovaires chez les femelles. Nous nous sommes penchés sur les troubles du développement du sexe [anciennement appelés intersexes], qui surviennent dans 1 cas sur 4 000 naissances », a déclaré la Dr. Nitzan Gonen, chercheuse principale de l’étude.

Jusqu’à présent, il n’y avait pas d’autre choix que d’étudier la détermination du sexe in vivo, principalement à l’aide de souris. Il s’agit d’un processus long et complexe qui implique l’édition du génome, la production de souris présentant des mutations génétiques, puis leur ouverture à un certain stade de leur développement afin d’examiner leurs gonades.

« Pour mieux comprendre les troubles du développement sexuel et la manière dont les gonades se développent et fonctionnent en général, nous savions qu’il serait extrêmement utile de disposer d’un système in vitro dans le laboratoire. Nous voulions disposer d’un modèle de testicule dans une boîte qui contiendrait un grand nombre de cellules dans lesquelles nous pourrions insérer des mutations et prélever des cellules pour toutes sortes d’expériences », a expliqué Dr. Gonen.

Une image en champ clair d’un organoïde testiculaire créé à partir d’embryons de souris et incubé dans une boîte pendant 14 jours dans le laboratoire de la Dr. Nitzan Gonen, à l’Université Bar Ilan. (Crédit : Cheli Lev)

Alors que des progrès significatifs ont déjà été réalisés par les scientifiques dans le développement d’organoïdes reproductifs féminins, il n’y a pas encore eu de percée parallèle pour les testicules, qui sont responsables de la production de spermatozoïdes et d’hormones sexuelles mâles comme la testostérone.

L’objectif était donc de créer un organoïde contenant les trois types de cellules présentes dans les testicules. Les premières sont les cellules germinales, qui donnent naissance aux spermatozoïdes. Les autres sont les cellules de Sertoli, qui nourrissent les cellules germinales pour qu’elles puissent produire des spermatozoïdes, et les cellules de Leydig, qui sécrètent la testostérone.

Dans un premier temps, Dr. Gonen et son équipe ont pris des cellules souches embryonnaires et ont réussi à les transformer en cellules de testicules à un stade précoce par un processus appelé biologie régénérative. Mais il y a eu un problème.

« Je me suis rendue compte que si je prenais ces cellules gonadiques très précoces et que je les plaçais dans une boîte standard avec un milieu de base, je ne serais pas en mesure de les maintenir. Cette approche consistant à générer des cellules gonadiques à partir de cellules souches ne m’aiderait donc pas », a noté Dr. Gonen.

Dr. Nitzan Gonen. (Crédit : Université de Bar Ilan)

L’étape suivante, qui a fait l’objet de l’étude récemment publiée, a consisté à prélever des testicules sur des souriceaux âgés de trois à quatre jours et à les dissocier en cellules individuelles. Grâce à la méthode « essai-erreur » utilisant différentes techniques, Dr. Gonen et son équipe ont réussi à les cultiver en organoïdes de testicules dotés des structures appropriées de cellules germinales, de cellules de Sertoli et de cellules de Leydig.

Ils ont constaté que plus les petits étaient jeunes, mieux leurs cellules pouvaient être cultivées en « testicules de laboratoire ».

« Nous avons pu les conserver pendant neuf semaines, ce qui est très long et ce que personne n’avait réussi à faire auparavant », a souligné Dr. Gonen.

« Nous avons vérifié l’expression de tous les différents marqueurs des cellules pendant ces neuf semaines et nous avons constaté qu’ils étaient très similaires à la façon dont les choses sont exprimées dans les vrais testicules », a-t-elle ajouté.

Selon Dr. Gonen, cette période de neuf semaines est théoriquement assez longue pour que les testicules commencent la spermatogenèse (la création de spermatozoïdes). Elle a indiqué avoir observé les premiers signes de cette évolution, mais des études supplémentaires doivent être menées pour s’assurer que c’est bien le cas.

« Théoriquement, le processus de spermatogenèse devrait prendre 34 jours chez la souris. Il se peut donc qu’il y ait des cellules à l’intérieur qui l’ont déjà fait et que nous ne le sachions pas encore. Nous travaillons actuellement sur cette question », a poursuivi Dr. Gonen.

Dr. Gonen a dit être impatiente de faire passer la recherche de la souris à l’homme, afin de résoudre les problèmes d’infertilité.

Dans une application possible, a-t-elle noté, certains garçons ont un cancer et doivent subir des traitements de chimiothérapie qui détruisent les cellules souches des testicules qui se transforment en spermatozoïdes à la puberté.

Des organoïdes testiculaires générés à partir de souriceaux et incubés dans une boîte pendant 21 jours dans le laboratoire de la Dr. Nitzan Gonen, à l’Université de Bar Ilan. (Crédit : Aviya Stopel)

En Israël et dans d’autres pays, un tel garçon pré-pubère et ses parents ont la possibilité de subir une procédure laparoscopique pour extraire une biopsie du tissu testiculaire. Cette biopsie est divisée en tranches et congelée. Cependant, à ce stade, il n’y a rien à faire pour générer des spermatozoïdes à partir de ces cellules.

Pour tenter d’aider ces enfants à devenir des pères biologiques, Dr. Gonen travaille avec un médecin du centre hospitalier Hadassah qui fournit à son laboratoire quelques tranches de ces échantillons congelés.

« Nous allons essayer de faire plus ou moins la même chose avec les cellules gonadiques de ces garçons qu’avec les cellules des souriceaux. Nous allons dissocier les cellules des testicules et les reconstruire pour voir si nous pouvons générer des organoïdes de testicules humains qui fonctionnent comme ils le devraient en termes de production de spermatozoïdes », a expliqué Dr. Gonen.

Elle souhaite également voir si elle peut aider les hommes adultes souffrant d’infertilité, en précisant toutefois qu’une approche différente serait nécessaire, car elle n’a réussi à créer des « testicules de laboratoire » qu’à partir de souriceaux et de souris prénatales. Lorsque son équipe a essayé l’approche sur des souris plus âgées, cela n’a pas fonctionné en raison des changements que subissent les testicules pendant la puberté.

Dr. Gonen pense que la solution pourrait consister à prélever des cellules somatiques, telles que des cellules cutanées, sur des hommes adultes, à les transformer en cellules souches pluripotentes induites et à les cultiver.

« L’espoir serait que les organoïdes de testicules résultants soient plus résistants et survivent plus longtemps que ceux cultivés à partir de cellules souches embryonnaires et qu’ils produisent des spermatozoïdes pour la fécondation in vitro d’un ovule humain », a-t-elle ajouté.