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En tant que systèmes modèles in vitro tridimensionnels (3D), les structures organoïdes des îlots pancréatiques sont apparues comme des outils cruciaux dans la recherche sur le diabète et la médecine régénérative, grâce à leur capacité à imiter étroitement la composition multicellulaire et la structure spatiale des îlots pancréatiquesnatifs 1. Ces modèles offrent non seulement une plateforme unique pour comprendre la biologie du développement des îlots et les mécanismes pathologiques dudiabète 2,3, mais soutiennent également le développement de thérapies de remplacement cellulaire et de systèmes de dépistagede drogues 4. Avec la prévalence mondiale du diabète qui continue d’augmenter—en particulier la carence absolue en insuline causée par des lésions irréversibles des cellules β dans le diabète de type 1—la thérapie de remplacement insulinique conventionnelle peut contrôler les symptômes mais ne peut pas guérir la maladie. Par contre, la transplantation d’îlots fait face à une grave pénurie de donneurs, ce qui fait du développement de sources alternatives évolutives une prioritéurgente 1,5. En tirant parti du potentiel de différenciation dirigée des cellules souches pluripotentes ou des cellules souches adultes, la technologie organoïde des îlots pancréatiques peut aider à pallier cette limitation 6,7,8.
Ces dernières années, des progrès significatifs ont été réalisés dans les systèmes de culture organoïdes semblables aux îlots pancréatiques basés sur les cellules souches embryonnaires humaines (hESCs) et les cellules souches pluripotentes induites (iPSCs). De nombreuses études ont confirmé qu’en optimisant les protocoles d’induction et les conditions de culture, les cellules souches peuvent se différencier en cellules semblables à des îlots dotées de fonctions de sécrétion insuliniquesensibles au glucose 10. Les avancées dans la technologie de reprogrammation chimique ont permis la génération de hiPSC sans manipulation génétique, améliorant ainsi le potentieltranslationnel 11. En ce qui concerne les systèmes de culture, la culture 3D combinée à des combinaisons spécifiques de matrices extracellulaires et de facteurs de croissance peut favoriser l’auto-organisation des cellules précurseurs d’îlots en structures organoïdes composées de cellules α, β et δ12. Cependant, les technologies existantes font encore face à de nombreux défis, notamment une efficacité de différenciation instable, une maturité fonctionnelle insuffisante et l’absence de réseaux vasculaires et de microenvironnement immunitaire — des13 facteurs limitants clés qui limitent une application plus large.
Malgré les avancées dans la recherche sur la structure organoïde des îlots pancréatiques, plusieurs questions scientifiques cruciales dans ce domaine restent à aborder14. Premièrement, l’absence de définitions standardisées des organoïdes et de procédures de construction rend difficile la comparaison directe des résultats entre différentslaboratoires 15. Deuxièmement, les systèmes de culture actuels ne peuvent pas reproduire pleinement la composition cellulaire complexe et l’agencement spatial précis des îlots pancréatiquesnatifs 16. Troisièmement, des problèmes fondamentaux tels que la stabilité fonctionnelle lors de la culture organoïde à long terme et la survie post-transplantation restent insuffisammentcaractérisés 17. De plus, la plupart des protocoles existants reposent encore sur des matrices d’origine animale, qui souffrent d’une composition indéfinie et d’une grande variation d’un lot à l’autre, ce qui entrave le contrôle qualité pour les applicationscliniques 18. Ces lacunes en connaissances et techniques entravent sérieusement la transmission des structures organoïdes des îlots pancréatiques de la recherche fondamentale à la pratique clinique.
Ce protocole est conçu pour construire une approche stable, abordable et reproductible pour générer des constructions organoïdes semblables à des îlots pancréatiques en utilisant des cellules souches mésenchymateuses de la moelle osseuse (BMSC). La méthode établie est destinée à la recherche expérimentale en laboratoire et aux applications de dépistage préclinique des médicaments. Les stratégies actuelles de différenciation des îlots induits par le BMSC souffrent de multiples limitations, notamment des coûts excessifs, des normes opérationnelles incohérentes et une applicabilité limitée. La plupart des systèmes d’induction existants reposent sur des cytokines recombinantes coûteuses, des matrices de culture professionnelle et des dispositifs de culture de haute précision, ce qui limite fortement leur utilisation généralisée. Pour résoudre ces inconvénients, le protocole actuel adopte le lysat du tissu pancréatique porcine comme facteur d’induction central. Cette stratégie de culture optimisée et simplifiée permet une différenciation efficace des BMSC en structures de type îlot, avec uniquement des équipements et conditions de laboratoire de routine.
Comparée aux méthodes conventionnelles reposant sur les hESC, les iPSC ou les cocktails à facteurs de croissance à haut coût, la stratégie actuelle offre plusieurs avantages pratiques distincts. Cela élimine le besoin de réactifs coûteux et de montages de culture complexes, réduit les coûts expérimentaux et permet des résultats cohérents avec une variabilité inter-lotsminimale 10,11,12,13. Contrairement aux systèmes basés sur des matrices xénogéniques, ce protocole utilise un lysat tissulaire simplifié, améliorant la contrôlabilité expérimentale et la reproductibilité dans leslaboratoires 15, 16, 17, 18. De plus, les BMSC sont facilement accessibles, stables en culture et exemptes de contraintes éthiques associées aux cellules souches pluripotentes, ce qui rend cette approche particulièrement adaptée à un usage routinier en laboratoire.
Les approches de recherche existantes sont polarisées dans le domaine de la modélisation organoïde pancréatique : les plateformes organoïdes avancées pour la transformation clinique sont coûteuses et techniquement complexes, tandis que les modèles alternatifs simplifiés ne permettent pas une analyse fonctionnelle approfondie. Le protocole proposé dans ce travail comble ce fossé de recherche en proposant un schéma technique standardisé et intermédiaire. Cette approche préserve les propriétés physiologiques fondamentales des îlots pancréatiques et est pleinement compatible avec les environnements de laboratoire de base conventionnels. Il sert d’outil pratique pour les chercheurs se concentrant sur les mécanismes de développement des îlots, la modélisation des maladies diabétiques et l’évaluation préliminaire des candidats à médicaments, en particulier pour les équipes équipées d’une infrastructure de culture cellulaire de routine mais dépourvues de plateformes professionnelles de culture de cellules souches. Bien que cette méthode ne puisse pas générer des organoïdes entièrement vascularisés ou immunologiquement compétents pour des recherches avancées spécifiques, elle est bien adaptée au dépistage expérimental préliminaire, à l’exploration mécanistique et à la formation académique en recherche biologique sur les îlots.
Ce travail vise à construire un système de culture économique et standardisé pour les structures organoïdes des îlots pancréatiques, visant à offrir un modèle de recherche tridimensionnel crédible pour les études liées au diabète. En analysant systématiquement comment la diversité des régimes d’induction et des environnements de culture affectent l’efficacité de la formation des organoïdes et les caractéristiques morphologiques, cette recherche tente de surmonter les principaux obstacles techniques qui freinent le progrès dans ce domaine. Les objectifs fondamentaux de la recherche couvrent trois aspects clés : établir un protocole universel de culture applicable aux laboratoires de base ordinaires sans instruments sophistiqués, formuler des normes d’évaluation quantitative pour évaluer la qualité des organoïdes, et optimiser les stratégies de culture pour maintenir la stabilité morphologique et fonctionnelle des organoïdes pendant l’incubation à long terme. Les résultats de cette étude peuvent fournir un solide soutien technique à l’exploration expérimentale in vitro, tout en construisant un modèle pratique et fiable pour la recherche sur les mécanismes de développement des îlots et le dépistage des médicaments hypoglycémiques.