Organoïdes cutanés issus de la bio-ingénierie : du développement aux applications

Recherche médicale militaire volume 10, Numéro d'article : 40 (2023) Citer cet article

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Des progrès significatifs ont été réalisés ces dernières années dans le développement d’organoïdes cutanés très sophistiqués. Servant de modèles tridimensionnels imitant la peau humaine, ces organoïdes ont évolué vers des structures complexes et sont de plus en plus reconnus comme des alternatives efficaces aux modèles culturels traditionnels et à la peau humaine en raison de leur capacité à surmonter les limites des systèmes bidimensionnels et des préoccupations éthiques. La plasticité inhérente des organoïdes cutanés permet leur construction en modèles physiologiques et pathologiques, permettant l'étude du développement cutané et des changements dynamiques. Cette revue donne un aperçu des travaux essentiels dans la progression de l'épiderme en couches 3D vers des organoïdes cutanés ressemblant à des kystes avec des appendices. En outre, il met en évidence les dernières avancées dans la construction d’organoïdes facilitées par des techniques d’ingénierie de pointe, telles que l’impression 3D et les dispositifs microfluidiques. La revue résume et discute également les diverses applications des organoïdes cutanés dans la biologie du développement, la modélisation des maladies, la médecine régénérative et la médecine personnalisée, tout en considérant leurs perspectives et leurs limites.

La peau, étant le plus grand organe du corps, remplit diverses fonctions, notamment la protection, la sensation et la thermorégulation. Il comprend trois couches entourées d'une membrane : l'épiderme, le derme et l'hypoderme. L'épiderme est constitué de kératinocytes étroitement interconnectés qui produisent une couche cornée pour résister aux facteurs environnementaux. Le derme est une structure complexe abritant des mécanorécepteurs, des nerfs sensoriels, des vaisseaux sanguins, des glandes sudoripares, des follicules pileux, ainsi qu'une abondante matrice extracellulaire et des fibroblastes. L'hypoderme contient du tissu adipeux sous-cutané, qui stocke l'énergie et les facteurs de croissance [1, 2]. La peau abrite également un système immunitaire robuste, comprenant des cellules de Langerhans dans l'épiderme, des cellules dendritiques dans le derme faisant partie du système immunitaire inné et des leucocytes périphériques recrutés lors de la résistance aux infections [3].

Le concept d’organoïdes a évolué parallèlement aux progrès dans des domaines connexes. D'une manière générale, les organoïdes sont des cultures tridimensionnelles (3D) dérivées de cellules souches pluripotentes, de cellules souches fœtales ou de cellules souches adultes. Dans un sens plus large, les organoïdes font référence à des cultures cellulaires 3D qui peuvent imiter des caractéristiques spécifiques d'organes ou de tissus du corps humain. Dans notre revue, cette définition plus large englobe les concepts de « sphéroïde ou agrégat cellulaire », de « peau 3D reconstruite » et de « structure cutanée issue de la bio-ingénierie ». Les organoïdes cutanés abordés dans cette revue sont des constructions tissulaires 3D in vitro comprenant divers types de cellules et présentant des compétences morphologiques et fonctionnelles en tant que substituts cutanés.

L'idée d'un système de culture cutanée comme substitut in vitro a été proposée pour la première fois en 1975. Rheinwatd et al. [4] ont été pionniers dans le développement d'une stratégie d'auto-organisation pour générer un épithélium pavimenteux, qui impliquait une co-culture en série de kératocytes humains primaires et de fibroblastes de souris irradiés. Cette avancée a ouvert la voie à la culture in vitro de tissus cutanés auto-organisés. En 1989, une stratégie d’alimentation des fibroblastes a été introduite pour assurer une fixation stable et une expansion des kératinocytes [5]. Par la suite, les cellules souches embryonnaires (CSE) et les cellules souches pluripotentes induites (CSPi) ont été successivement utilisées comme outils puissants et efficaces pour étudier l’organogenèse cutanée in vitro. À la fin des années 2000 et au début des années 2010, des équivalents épidermiques stratifiés auto-organisés en 3D dérivés des ESC et des iPSC ont été développés, ce qui représente une étape importante dans le domaine des organoïdes cutanés [6,7,8,9,10]. Cela a marqué une avancée majeure, établissant les organoïdes cutanés comme des outils puissants pour la culture cutanée in vitro. En 2020, Lee et al. [11] ont rapporté la construction d'un système cutané auto-organisé in vitro presque complet, différencié des iPSC, formant un organoïde cutané hiérarchique qui récapitulait de nombreuses structures d'appendices, y compris les follicules pileux. Presque simultanément, des organoïdes contenant des glandes sébacées ou sudoripares dérivées de cellules de tissus épithéliaux reprogrammées ont été développés, démontrant l'intégration des appendices dans un système de génération de peau mature (12, 13) (Fig. 1a).