Génération d’organoïdes cutanés planaires poilus dérivés de cellules souches pluripotentes induites par l’homme à l’aide d’un système de culture à interface air-liquide
17 octobre 2025
Ce protocole décrit une méthode de production d’organoïdes cutanés contenant des follicules pileux à partir de cellules souches pluripotentes humaines induites à l’aide d’un système de culture planaire et physiologiquement pertinent à l’interface air-liquide pour reproduire l’architecture et la fonction de la peau.
Le champ de ma recherche est d’essayer de développer un modèle de dommages induits par les UVB afin de pouvoir étudier la pathogénicité d’une maladie rare, la xérodermie pigmentaire, ou plus précisément, la XPA. L’un des défis de ces modèles in vitro est qu’il faut un temps assez long à cultiver, environ quatre mois, et comme c’est encore un domaine assez jeune, il faut encore mieux les caractériser. Les avantages de ce modèle, soit le modèle 3D dérivé du hiPSC, la culture qui retrouve l’interface air-liquide, reproduit l’architecture de la peau humaine et possède un appendice cutané tel que la glande sébacée et les follicules pileux.
Pour commencer, préparez une solution molaire en ajoutant des granules d’hydroxyde de sodium dans un tube vide de 15 millilitres. Ajoutez de l’eau distillée aux granulés et faites un vortex sur le tube pour dissoudre les granulés. Filtrez la solution d’hydroxyde de sodium à 0,1 molaire à l’aide d’un filtre membrane de 0,2 micromètre de la taille d’un pore.
Sur glace, diluez une solution de collagène de type I avec 10 fois PBS, cinq millimolaires d’hydroxyde de sodium et de l’eau distillée pour ajuster le volume final. Distribuez 150 microlitres de cette solution de collagène dans chaque insert, placés dans une plaque standard à 12 puits. Incubez la plaque à 37 degrés Celsius pendant 30 minutes pour permettre au gel de collagène de polymériser.
Ensuite, découpez des pointes P1000 avec un scalpel chauffé pour créer des pointes larges. Ensuite, utilisez les larges extrémités des orifices pour placer une structure kystique sélectionnée avec une petite quantité de médium sur le couvercle d’une boîte de Petri de 10 centimètres. Éliminez soigneusement les sous-produits de la structure à l’aide d’un scalpel stérile, tout en le stabilisant avec une pince stérile du côté opposé.
Écartez environ un millimètre des deux extrémités d’un organoïde cutané kystique adjacent à la première incision à l’aide d’un scalpel. À l’aide de pinces stériles, dépliez doucement la couche supérieure de la peau. Coupez le tissu en deux à quatre morceaux, selon la taille.
Ensuite, à l’aide de pinces stériles, déplacez chaque morceau sur un insert recouvert de collagène avec l’épiderme vers le haut. Ajoutez 600 microlitres d’OMM à chaque puits d’une plaque standard à 12 puits. Transférez l’insert sur la plaque à 12 puits contenant l’OMM.
Ensuite, placez la plaque dans un incubateur à 37 degrés Celsius contenant 5 % de dioxyde de carbone. Un seul agrégat cellulaire dense incorporant la majorité des cellules a été formé au zéro jour grâce à une manipulation soigneuse et une centrifugation. Une induction adéquate de l’épiderme de surface a conduit à la formation d’un épithélium fin et clair sur la couche externe de l’agrégat dès le troisième jour. Au 12e jour, une fine couche de cellules mésenchymates s’était accumulée à un pôle du kyste.
Les placodes et les piquettes capillaires sont devenues visibles entre les jours 50 et 80, après une co-induction épithéliale et mésenchymate. Les organoïdes dépourvus de placodes visibles présentaient un épithélium extrêmement fin et étaient exclus de la transition planaire. Seuls des kystes d’au moins cinq millimètres de diamètre avec des sous-produits polarisés ont été sélectionnés pour la génération d’organoïdes cutanés plans.
Les follicules pileux se sont allongés progressivement au cours des 27 jours de culture de l’interface air-liquide. Les glandes sébacées sont devenues visibles vers le jour 14 dans la configuration planaire. La pigmentation augmentait progressivement chez les organoïdes au fil du temps.
La coloration par hématoxyline et éosine a révélé un épithélium stratifié et une membrane basale le séparant du derme. La coloration par immunofluorescence a confirmé une architecture de type peau humaine dans des organoïdes cutanés plans.
Aperçu
Cette étude développe un modèle de lésion induite par les UVB afin d'explorer la xérodermie pigmentée, en mettant l'accent sur la génération d'organoïdes cutanés comprenant des follicules pileux à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines. Les organoïdes sont cultivés en utilisant une interface air-liquide physiologiquement pertinente afin de reproduire efficacement l'architecture et la fonction de la peau humaine.
Composantes clés de l'étude
Domaine de recherche
- Pathogénicité du xeroderma pigmentosum
- Développement de modèles cutanés in vitro
- Utilisation de la technologie d'organoides tridimensionnels
Contexte
- Difficultés liées à la culture d'organoides cutanés
- Connaissances actuelles en biologie de la peau
- Importance des follicules pileux et des annexes cutanées dans la recherche
Méthodes utilisées
- Culture en interface air-liquide pour le développement d'organoïdes
- Cellules souches pluripotentes induites humaines comme source
- Techniques de coloration histologique et d'immunofluorescence
Résultats principaux
- Génération réussie d'organoïdes cutanés avec follicules pileux
- Observation d'une co-induction épidermique et mésenchymateuse
- Validation d'une architecture similaire à celle de la peau humaine par coloration
Conclusions
- Cette étude fournit des informations sur le développement d'organoides cutanés à partir de cellules souches.
- Démontre le potentiel d'utilisation de ce modèle pour comprendre les maladies de la peau.
Questions fréquemment posées
Pertinence industrielle pour les cadres
Les organoïdes cutanés plans dérivés de CIP humaines et portant des poils, cultivés à l'interface air-liquide, fournissent un système pertinent sur le plan physiologique in vitro pour étudier la biologie de la peau et la formation des annexes cutanées. Cette plateforme permet la modélisation prédictive des réponses tissulaires aux agressions environnementales et aux agents pharmacologiques, soutenant ainsi la recherche translationnelle et la réduction des risques mécanistiques dans le développement de produits dermatologiques. Cette approche renforce la confiance dans les portefeuilles de recherche en permettant la mise au point de modèles cutanés robustes et reproductibles pour la découverte précoce et l'évaluation préclinique.
Applications stratégiques en recherche et développement en biopharmacie
Découverte précoce et validation de cibles
- Permet l'analyse des interactions intercellulaires au sein d'un microenvironnement cutané humain.
- Permet une détection mécanistique des risques en modélisant le développement des annexes cutanées et la stratification tissulaire.
- Facilite la validation fonctionnelle des cibles pour les voies impliquées dans la peau et les mécanismes des maladies rares.
Développement de criblages et de tests
- Offre une plateforme standardisée et reproductible pour l'évaluation quantitative des réponses aux médicaments et des lésions tissulaires.
- Fournit des systèmes biologiques validés comportant des follicules pileux et des glandes sébacées pour l'évaluation de composés.
- Permet une évolutivité des tests et une réutilisation de la plateforme pour diverses applications en recherche cutanée.
Recherche translationnelle et préclinique
- Modélise les réponses tissulaires pertinentes pour la maladie, notamment les lésions induites par les rayons UVB et l'infection par des agents pathogènes.
- S'aligne sur les stratégies translationnelles de biomarqueurs grâce à des analyses moléculaires et histologiques.
- Permet des décisions d'optimisation du risque en reliant la découverte à la validation préclinique.
Intégration du pipeline et du flux de travail
Ce système d'organoïdes s'intègre de la découverte précoce à la recherche préclinique, permettant la vérification d'hypothèses, l'élucidation des voies biologiques et des analyses prédictives en biologie cutanée.
- Découverte en biologie : Soutient les études fondées sur des hypothèses concernant l'architecture de la peau et la formation des annexes cutanées.
- Criblage : Fournit des résultats reproductibles et quantitatifs pour les tests de réponse aux médicaments et aux dommages.
- Analytique : Permet des lectures moléculaires et histologiques destinées à l'analyse comparative de différentes conditions.
- Recherche translationnelle : Facilite la continuité entre la modélisation in vitro et les études précliniques de maladies.
- Réutilisation en entreprise : Met en place une plateforme réutilisable pour de multiples initiatives de recherche et de criblage cutané.
Impact opérationnel et organisationnel
- Valeur scientifique : Accroît la confiance prédictive et réduit l'ambiguïté mécanistique dans la recherche cutanée.
- Valeur opérationnelle : Fournit des protocoles standardisés, évolutifs et reproductibles de génération d'organoïdes.
- Valeur stratégique : Améliore les décisions d'aller/arrêt et l'efficacité du capital en permettant une modélisation in vitro robuste.
- Impact sur le portefeuille : Soutient la priorisation et le développement ajustés au risque des actifs dermatologiques.
Considérations relatives à la mise en œuvre
- Nécessite une expertise en culture de cellules souches, manipulation d'organoïdes et ingénierie tissulaire.
- Exige un accès à des instruments spécialisés pour la culture en interface air-liquide et l'analyse moléculaire.
- Implique une standardisation interéquipes des points de contrôle d'évaluation qualitative et des critères de sélection.
- Peut nécessiter des adaptations selon les modèles de maladies ou les types de tissus, en fonction de l'objectif de recherche.
- Les durées prolongées de culture et la caractérisation en cours dans le domaine constituent des limitations pratiques à prendre en compte.
