Les mini-poumons humains cultivés par des scientifiques de l'Université de Manchester peuvent imiter la réponse des animaux lorsqu'ils sont exposés à certains nanomatériaux. L'étude est publiée dans Nano Today .

Même s'ils ne devraient pas remplacer complètement les modèles animaux, les organoïdes humains pourraient bientôt conduire à des réductions significatives du nombre d'animaux de recherche, affirme l'équipe dirigée par la biologiste cellulaire et nanotoxicologue Dr Sandra Vranic.

Cultivés dans une assiette à partir de cellules souches humaines, les organoïdes pulmonaires sont des structures multicellulaires tridimensionnelles qui visent à recréer les caractéristiques clés des tissus humains telles que la complexité et l'architecture cellulaires. Ils sont de plus en plus utilisés pour mieux comprendre diverses maladies pulmonaires, de la mucoviscidose au cancer du poumon, en passant par les maladies infectieuses, dont le SRAS-CoV-2.

Cependant, leur capacité à capter les réponses tissulaires à l’exposition aux nanomatériaux n’a jusqu’à présent pas été démontrée. Pour exposer le modèle organoïde à des nanomatériaux à base de carbone, le Dr Rahaf Issa, scientifique principal du groupe du Dr Vranic, a développé une méthode permettant de doser et de microinjecter avec précision des nanomatériaux dans la lumière de l'organoïde. Il simulait l'exposition réelle de l'épithélium pulmonaire apical, la couche la plus externe de cellules tapissant les voies respiratoires des poumons.

Les données de recherche animale existantes ont montré qu'un type de nanotubes de carbone à parois multiples (MWCNT) longs et rigides peut provoquer des effets néfastes sur les poumons, entraînant une inflammation et une fibrose persistantes, un type grave de cicatrices irréversibles dans les poumons.

En utilisant les mêmes paramètres biologiques, les organoïdes pulmonaires humains de l'équipe ont montré une réponse biologique similaire, ce qui les valide en tant qu'outils pour prédire les réponses induites par les nanomatériaux dans le tissu pulmonaire. Les organoïdes humains ont permis de mieux comprendre les interactions des nanomatériaux avec le tissu modèle, mais au niveau cellulaire.

L'oxyde de graphène (GO), une forme plate, fine et flexible de nanomatériau de carbone, s'est avéré momentanément piégé, hors de danger, dans une substance produite par le système respiratoire appelée mucine sécrétoire. En revanche, les MWCNT induisaient une interaction plus persistante avec les cellules alvéolaires, avec une sécrétion de mucine plus limitée et conduisant à la croissance de tissu fibreux.

Dans le cadre d'un développement ultérieur, le Dr Issa et Vranic, basés au Centre de nanotechnologie en médecine de l'Université, développent et étudient actuellement un organoïde pulmonaire humain révolutionnaire qui contient également un composant de cellule immunitaire intégré.

Le Dr Vranic a déclaré :"Avec une validation plus approfondie, une exposition prolongée et l'incorporation d'un composant immunitaire, les organoïdes pulmonaires humains pourraient réduire considérablement le besoin d'animaux utilisés dans la recherche en nanotoxicologie.

"Développés pour encourager la recherche animale sans cruauté, les 3R :remplacement, réduction et raffinement sont désormais inscrits dans la législation britannique et dans de nombreux autres pays.

"L'attitude du public montre systématiquement que le soutien à la recherche animale est conditionné à la mise en pratique des 3R."

Le professeur Kostas Kostarelos, président de la chaire de nanomédecine à l'université, a déclaré :« Les « tests 2D » actuels des nanomatériaux utilisant des modèles de culture cellulaire bidimensionnels permettent de comprendre dans une certaine mesure les effets cellulaires, mais ils sont si simplistes qu'ils ne peuvent décrire que partiellement la manière complexe dont les cellules communiquent. Les uns avec les autres. Cela ne représente certainement pas la complexité de l'épithélium pulmonaire humain et peut donner une idée fausse du potentiel toxique des nanomatériaux, pour le meilleur ou pour le pire.

"Même si les animaux seront encore nécessaires dans la recherche dans un avenir proche, les organoïdes '3D' constituent néanmoins une perspective passionnante dans notre domaine de recherche et dans la recherche plus généralement en tant qu'équivalent humain et alternative animale."

Plus d'informations : Rahaf Issa et al, Des organoïdes pulmonaires humains fonctionnels modélisent la réponse des tissus pulmonaires à l'exposition à des nanomatériaux de carbone, Nano Today (2024). DOI :10.1016/j.nantod.2024.102254

Informations sur le journal : Nano aujourd'hui

Fourni par l'Université de Manchester