Introduction à organoïdes
Les organoïdes sont des cultures cellulaires tridimensionnelles dans lesquelles les cellules souches sont intégrées dans un gel matriciel. Sous l'influence d'inhibiteurs/activateurs chimiques à petites molécules, cytokines, et additifs moyens, ces cultures se développent en structures tissulaires semblables à des organes.
Caractérisation de organoïdes
Organoïdes avoir le capacité à s'auto-renouveler, maintenir le physiologique structure et fonction du tissu source, et sont connus sous le nom de « micro-organes dans une boîte de Petri ». En utilisant l'auto-renouvellement, capacités de différenciation et d'auto-organisation des cellules souches, les organoïdes peuvent être cryoconservés pour être utilisés comme biobanques et étendu indéfiniment. Les organoïdes présentent une grande complexité et ressemblent davantage à l’état in vivo par rapport aux cultures cellulaires 2D traditionnelles.
![Figure 1. Organoid culture of human colon adenocarcinoma cells [1]](https://cdn.shopify.com/s/files/1/0803/9419/1166/files/1_5935b867-79e5-4a23-859d-b65fcd8e4c44_1024x1024.png?v=1740728801)
Chiffre 1. Organoïde culture de humain côlon adénocarcinome cellules [1]
Application de organoïdes
Les organoïdes permettent une simulation supérieure de l'environnement in vivo, combler le fossé entre les modèles animaux et les études cellulaires. Ils constituent des outils puissants pour la recherche sur les tumeurs, dépistage de drogues, médecine régénérative, et d'autres domaines, avec des applications allant de l'induction tissulaire fonctionnelle aux études translationnelles cliniques et ont été largement utilisés dans divers aspects de la recherche tels que l'induction tissulaire fonctionnelle, modélisation des maladies, dépistage de drogues, tests anti-inflammatoires, études cliniques finales et autres recherches, et ont été utilisés dans la recherche fondamentale et les applications translationnelles.Ses perspectives d’application sont excellentes dans la recherche fondamentale et les applications translationnelles.
Avec le développement continu de systèmes de culture d'organoïdes et techniques expérimentales, les cultures d'organoïdes ont été utilisées pour une variété de tissus et d'organes, y compris les intestins (intestin grêle/côlon), estomac, foie, cœur, poumons, prostate, pancréas, rognons, glandes mammaires, cerveau, rétine, et l'oreille interne.
Les organoïdes dérivés de cellules souches tumorales ont également commencé à montrer un grand potentiel pour aider à comprendre le mécanisme de développement des tumeurs., dépistage de la sensibilité aux médicaments, et promouvoir la médecine de précision et le diagnostic personnalisé. Plusieurs articles de Cell and Science ont montré que les organoïdes tumoraux ont une sensibilité et une spécificité élevées pour prédire l'efficacité des médicaments anticancéreux., Il a été démontré que les organoïdes tumoraux sont utiles pour prédire les réponses des patients aux médicaments contre le cancer et pour aider à développer des schémas thérapeutiques personnalisés.
1.Etude des mécanismes du développement : la capacité de différenciation possédée par les organoïdes peut être utilisée dans l'étude des processus de développement embryonnaire et de leurs mécanismes.
Les organoïdes régulent les processus induits par des voies de signalisation telles que Wnt et BMP, qui peut être utilisé pour étudier le développement d'organes tels que le cerveau, pancréas et estomac.[2][3][4]
2.Modélisation des dommages causés par la maladie : tissus ou organes spécifiques induits par des organoïdes qui peuvent être utilisés pour la recherche sur des modèles de maladies spécifiques.
L'équipe de Bing Zhao et Xinhua Lin a appliqué un modèle d'infection d'organe de type humain pour étudier le mécanisme moléculaire de l'infection par le SRAS-CoV-2 (le nouveau coronavirus) et les dommages au foie., qui fournit un outil important pour l’étude de la pathogenèse du néocoronavirus et le développement ultérieur de médicaments.[5]
Le groupe de recherche de Deng Hongkui à l'École des sciences biologiques de l'Université de Pékin a construit un nouvel organoïde-hyperorganoïde de l'intestin grêle avec des caractéristiques de régénération des lésions in vitro en utilisant de petites molécules et des cytokines pour la stimulation. Cet organoïde a la particularité de pouvoir amplifier et maintenir le génome lors d'une transmigration à long terme, favoriser la réparation des dommages causés aux tissus du côlon, et soulager les symptômes pathologiques dans les modèles animaux de colite aiguë.[6]
3.Médecine régénérative : organoïdes dérivés de cellules souches, qui sont capables de réparer ou de remplacer les tissus endommagés ou malades pour restaurer la fonction tissulaire normale, ont une large gamme d'applications en thérapie cellulaire, y compris pour d’autres maladies neurodégénératives, diabète, maladies cardiovasculaires, rétinopathie et lésions de la colonne vertébrale.
En tant que nouvelle modalité thérapeutique dans le domaine de la médecine régénérative, DA01 utilise les petites molécules SB-431542 (Cat#53004ES), LDN193189 (réf. cat. 53012ES), CHIR-99021
(Cat#53003ES), et Y-27632 (Cat#53006ES, (Cat#52604ES), et la protéine Sonic Hedgehog (Shh) (Cat#92566ES, (Cat#92589ES), pour stimuler la différenciation des cellules souches pluripotentes en neurones dopaminergiques et leur transplantation dans les zones lésées du cerveau des patients atteints de la maladie de Parkinson à un stade avancé, pour fournir de nouvelles orientations et idées pour le traitement de la maladie.[7]
4.Tests de toxicité et d’efficacité des médicaments : utilisation d'organoïdes pour vérifier la toxicité pharmacocinétique de nouveaux médicaments dans des organes ou des tissus spécifiques, fournir des données de support pour le développement de nouveaux médicaments.
La néphrotoxicité du cisplatine (cisplatine) a été vérifiée à l'aide de l'organoïde rénal d'Hyman.[8]
5.Dépistage de drogues : Les organoïdes dérivés de cellules souches peuvent être utilisés pour tester in vitro les réponses aux médicaments, fournir un soutien théorique au dépistage des drogues
Les organes du côlon peuvent être utilisés pour étudier les schémas posologiques chez les patients porteurs de mutations du gène CFTR, et les organes tumoraux peuvent être utilisés pour évaluer le dosage individualisé chez les patients.[9]
L'évolution des organoïdes
Sources d'organoïdes
Les organoïdes normaux sont principalement dérivés de cellules souches, qui comprennent les cellules souches pluripotentes (PSC) et les cellules souches adultes (ASC), dont les cellules souches pluripotentes comprennent les cellules souches embryonnaires (CSE), cellules souches pluripotentes induites (iPSC). Comparées aux cellules souches pluripotentes, les cellules souches adultes ont l'avantage d'une modélisation facile et rapide, mais l'inconvénient est que les structures organoïdes construites sont relativement simples. Les structures organoïdes construites par les cellules souches pluripotentes sont plus complexes.
Culture d'organoïdes
| Organoid Taper | Requis Scentre commercial Molécule | Requis Gcroissance Facteurs | Médias et Additifs |
| Intestin grêle | Y-27632, SB-202190, UN 83-01, Gastrine, Nicotinamide | FEM, Caboche, R-Spondine 1, Wnt-3a | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine, N-2 |
| Gastrique | Y-27632, SB-202190, UN 83-01, Gastrine je, Nicotinamide | FGF-10, FEM, Caboche, R-Spondine 1, Wnt-3a | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline- streptomycine |
| Lmaladie du foie | Y-27632, UN 83-01, DAPT, Forskoline, Gastrine, Nicotinamide, Prostaglandine E2 | BMP-4, FEM, FGF-de base, FGF-10, FGH, Caboche, Wnt-3a | N-2, HEPES, L-solution d'alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| rein | CHIR-99021、Acide rétinoïque | BMP-2、BMP-4、BMP-7、FGF- basique 、FGF-9 | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| Lungs | CHIR-99021、SB-431542 | Activine A、FGF- basique、FGF-4、Caboche | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| Pancréas | Gastrine I、Un 83-01、Nicotinamide | FGF-10、 FEM、Caboche、R-Spondine 1、Wnt-3a | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| Proter | Y-27632、SB-202190、Un 83-01、Nicotinamide、Prostaglandine E2、Testostérone | FEM、Activine A、FGF- basique、FGF-10、Caboche、R-Spond en 1、Wnt-10b | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| Mglande ammarie | Y-27632 | Ici gulin β-1、R-Spondine 1、R-Spondine 2、Caboche、FEM、 FGF- basique、FGF-10、Wnt-3a、Prolactine | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| Rétine | CHIR-99021、Y-27632 | Chut!、Wnt-3a | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| jeoreille interne | SB-431542、Un 83-01 | BMP-4、 FGF- basique | HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
| Bpluie | Y-27632、MK-2206、GDC-0068、Dorsomorphine | FGF- basique、Caboche、DKK-1、 FEM、BDNF、GDNF | B-27, HEPES, Solution de L-alanyl-L-glutamine, pénicilline-streptomycine |
Srésumé de spetites molécules couramment utilisées dans la culture des organoïdes : super utile, n'oubliez pas de le mettre dans vos favoris !
❶ Y-27632 (réf. 53006ES), Cat#52604ES) : C'est un puissant inhibiteur de Rock, qui inhibe p160ROCK (Ki = 140 nM) et ROCK-II (IC50 = 800 nM) de manière compétitive avec l'ATP, et inhibe également la PRK2 (IC50 = 600 nM), et il est généralement ajouté au premier moment de la culture dans la plaque de semences, mais pas dans la culture ultérieure.Le Y-27632 (10 µM) peut inhiber l'apoptose des cellules souches, améliorer l'efficacité du clonage et prolonger la progéniture cellulaire en traitant les cellules souches embryonnaires humaines avec Y-27632 (10 µM) pendant 1 h.
La concentration de travail recommandée est de 10 µM
❷ SB-202190 (Cat#53005ES) : Un puissant inhibiteur de la p38 MAPK kinase ciblant p38α/β. Le SB202190 induit la différenciation des cellules souches embryonnaires humaines en cardiomyocytes, favorise l'auto-renouvellement des cellules souches neurales, et peut être utilisé dans les cultures d'organoïdes gastro-intestinaux et mammaires.
Concentration de dissolution recommandée : 10 mg dissous à 10 mM en ajoutant 3,018 mL de solution de DMSO et conservé à -20°C par portions.
La concentration de travail recommandée est de 10 µM
❸ CHIR-99021 (Cat# 53003ES) : Un dérivé d'aminopyrimidine qui agit comme un inhibiteur de GSK-3 (GSK3α/β), qui induit la différenciation des cellules souches embryonnaires humaines vers l'endoderme, et est utilisé dans les cultures d'organoïdes rénaux et rétiniens. CHIR-99021, en combinaison avec d'autres réactifs, stimule la reprogrammation des cellules somatiques en cellules souches.
Concentration de dissolution recommandée : 5 mg dissous à 3 mM en ajoutant 3,58 mL de solution de DMSO et conservé à -20°C par portions.
Le rconcentration de travail recommandée : 3 μM
❹ A 83-01 (Cat#53002ES) : est un inhibiteur de la voie Activin/NODAL/TGF-β qui inhibe l'activité de la kinase ALK5/4/7 et est généralement utilisé dans le foie, prostate, et cultures d'organoïdes mammaires, et est souvent utilisé pour inhiber la différenciation des iPSC et pour maintenir l'auto-renouvellement des cellules in vitro. Concentration de dissolution recommandée : 5 mg ajoutés à 5,93 mL de solution de DMSO pour dissoudre à 2 mM, -20 ℃ divisé et stocké. (Remarque spéciale : ce produit est instable à l'état de solution, il est recommandé de l'utiliser maintenant.)
Le rconcentration de travail recommandée : 2 μM
❺ Gastrine I (Cat#53007ES) : La gastrine est une hormone peptidique gastro-intestinale endogène qui stimule la sécrétion d'acide gastrique par les cellules de la paroi gastrique. La gastrine se lie au récepteur de la cholécystokinine B (CCKBR), qui augmente le Ca2+ intracellulaire, favorise la production de phosphatidylinositol, et l'activation de la protéine kinase C. La gastrine est également impliquée dans la prolifération et la différenciation des cellules épithéliales gastriques et est utilisée dans l'étude des organes de type gastro-intestinal. L'ajout de gastrine est nécessaire pour prolonger la survie des organoïdes intestinaux et hépatiques en culture.
Concentration de dissolution recommandée : 1 mg dissous à 0,2 mM en ajoutant 2,38 mL de solution d'ammoniaque à 1 % et conservé à -20 °C par portions.
Le rconcentration de travail recommandée : 10 nM
❻ Nicotinamide Nicotinamide (Cat# 51402ES) : Une vitamine B3 impliquée dans une variété de réactions redox enzymatiques et utilisée dans le tractus gastro-intestinal, foie, et cultures d'organoïdes mammaires.
La nicotinamide est utilisée en association avec des cytokines et d'autres substances biochimiques pour exercer des propriétés anti-inflammatoires et favoriser la différenciation des MSC en cellules productrices d'insuline., pour inhiber l'activité des sirtuines, et de favoriser la formation d’organoïdes et de prolonger leur durée de vie.
Concentration de dissolution recommandée : 100 mg dissous à 100 mM en ajoutant 8,19 mL de H2O (ou DMSO) et conservés à -20°C par portions.
Le rconcentration de travail recommandée : 10 mM
❼ Forskoline trichothécène (Cat#51001ES) : Active l'adénylyl cyclase et est couramment utilisé pour augmenter les niveaux d'AMPc intracellulaires. La forskoline induit la différenciation de nombreux types de cellules et active le PXR et le FXR. Elle a des effets anticoagulants et antihypertenseurs plaquettaires et, lorsqu'il est combiné avec d'autres petites molécules, peut induire la reprogrammation des fibroblastes en iPSC. Cette substance doit être ajoutée aux cultures d'organoïdes hépatiques. reprogrammée en iPSC. doit être ajoutée pendant la culture d'organes de type hépatique. Concentration de travail recommandée : 1-10 μM
❽ Prostaglandine E2 (Cat#60810ES) : La prostaglandine E2 (PGE2) régule de nombreux systèmes physiologiques, favorise la prolifération et la différenciation cellulaires lors de la liaison à des récepteurs spécifiques, doit être ajouté aux cultures d'organes semblables au foie et à la prostate, et a été impliqué dans la préservation des muscles lisses, inflammation, fécondité, régulation du cycle du sommeil et intégrité de la muqueuse gastrique.
Concentration de dissolution recommandée : 1 mg ajouté à 0,28 mL de solution de DMSO dissoute à 10 mM et conservée à -20°C par portions.
Concentration de travail recommandée : 500 nM
❾ N-acétyl-L-cystéine (Cat#50303ES) : La N-acétyl-L-cystéine (NAC) est un précurseur du glutathion antioxydant, qui a des propriétés antioxydantes, et un inhibiteur de ROS qui inhibe l'apoptose dans les cellules neuronales, et qui doit être ajouté dans la plupart des cultures d’organoïdes.
Concentration de dissolution recommandée : 2 g ajoutés à 24,51 mL de H2O (ou DMSO) dissous à 500 mM et conservés à -20°C par portions.
Concentration de travail recommandée : 1 mM
Produit Recommandationn
Composés à petites molécules (inhibiteurs/activateurs)
| Nom du produit | Numéro de catalogue | Sspécification |
| Rétinoïque acide (rétinoïque acide rétinoïque acide) | 100 mg/500 mg/1 g | |
| UN 83-01 | 1 mg/5 mg/10 mg | |
| CHIR-99021 | 2 mg/5 mg/10 mg | |
| SB-431542 | 5 mg/10 mg/50 mg | |
| SB-202190 | 5 mg/10 mg/25 mg | |
| Y-27632 | 1 mg/5 mg/10 mg | |
| Gastrine je (humain) | 1 mg/5 mg | |
| MK-2206 2HCl | 1 mg/5 mg/10 mg | |
| GDC-0068 (Ipatasertib; RG7440; (GDC0068) | 53009ES | 1 mg/5 mg/10 mg |
| (Dorsomorphine 2HCl) | 53010ES | 1 mg/5 mg/10 mg |
| Y-27632 dichlorhydrate | 5 mg/10 mg/25 mg | |
| Nicotinamide | 1 g/5 g | |
| DAPT (GSI-IX, LY-374973) | 5 mg/25 mg | |
| Forskoline Cheveux Gorge | 10 mg/50 mg/100 mg/1 g | |
| Prostaglandine (PG) E2 Prostaglandine E2 | 60810ES | 1 mg |
| Testostérone | 60803ES | 1 g/5 g |
| NAC (N-acétyl-L-cystéine) | 50303ES | 2 g |
| RepSox | 5 mg/10 mg/25 mg | |
| LDN193189 (DM-3189) | 53012ES | 5 mg/10 mg |
Médias et suppléments
| Numéro de catalogue | Sspécification | |
| HEPES Gratuit Acide Cellule Culture Grade | 60110ES | 100 g/500 g |
| L-alanyl-L-glutamine solution, 200 mM L-alanyl-L-glutamine, 200 mM | 60701ES | 20 mL/100 mL/500 mL |
| Pénicilline-Streptomycine (100×), Approprié pour Cellule Cu lture Pénicilline-Streptomycine (Double Anticorps) pour C aune Culture |
100 mL | |
| B-27 sans sérum moyen, 50 x | 60703ES | 10 mL |
| N-2 supplément, sérum gratuit, 100X N-2 sérum gratuit additif, 100× | 60706ES | 5 mL |
Cytokine
| Nom du produit | Numéro de catalogue | Sspécification |
| Recombinant Humain Activine UN | 10 μg/100 μg/500 μg | |
| 10 μg/100 μg/500 μg | ||
| Recombinant Humain DKK-1 | 20 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain FEM | 100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain bFGF | 10 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain FGF-4 | 5 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain FGF-9 | 91305ES | 5 μg/100 μg/500 μg |
| Recombinant Humain FGF-10 | 91306ES | 5 μg/100 μg/500 μg |
| Recombinant Humain GDNF | 10 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain Caboche | 5 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain NRG1-bêta1 | 10 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain R-Spondine 1 | 92274ES | 100 μg/1 mg |
| Recombinant Humain Chut | 5 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain BAFF | 5 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain sCD40 Ligand | 10 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain BMP-4 | 10 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain FGH | 5 μg/100 μg/500 μg | |
| Recombinant Humain BDNF | 5 μg/20 μg/100 μg |
Mini-classe : Les composés à petites molécules sont des composés dont le poids moléculaire est inférieur à 1 000 Da (en particulier inférieur à 500 Da) et qui ont une activité biologique.Contrairement aux cytokines et aux protéines, Les petites molécules peuvent pénétrer dans la cellule à travers la membrane cellulaire et remplir leurs fonctions biologiques. Les composés à petites molécules ont une large gamme de cibles et ont été largement utilisés dans de nombreuses recherches importantes domaines des sciences de la vie, comme la tige cellules, organoïdes, immunologie, neurobiologie, épigénétique, apoptose, canaux ioniques, oncologie et transduction du signal.
Références
[1] Sato T, Stange DE, et al. Expansion à long terme des organoïdes épithéliaux du côlon humain, de l'adénome, de l'adénocarcinome et de l'épithélium de Barrett. Gastroenterology. 2011 Nov;141(5):1762-72. doi:10.1053/j.gastro.2011.07.050. Epub 2011 Sep 2. PMID: 21889923.
[2] Lancaster MA, Renner M, et al. Les organoïdes cérébraux modélisent le développement du cerveau humain et la microcéphalie. Nature. 2013;501(7467):373-379. doi:10.1038/nature12517.
[3] Greggio C, et al. Des niches artificielles tridimensionnelles déconstruisent le développement du pancréas in vitro. Développement. 2013.140(21):4452-4462. http://dx.doi.org/10.1242/dev.096628.
[4] McCracken KW, et al. Modélisation du développement humain et de la maladie dans les organoïdes gastriques dérivés de cellules souches pluripotentes. nature. 2014.516(7531):400- 404. http://dx.doi.org/10.1038/nature13863.
[5] Zhao B, Ni C, et al. Récapitulation de l'infection par le SARS-CoV-2 et des lésions des cholangiocytes avec des organoïdes canalaires hépatiques humains. Protein Cell. 2020 oct;11(10 ):771-775. doi: 10.1007/s13238-020-00718-6. PMID: 32303993; PMCID: PMC7164704.
[6] Qu M, Xiong L, et al. Établissement de cultures d'organoïdes intestinaux modélisant la régénération épithéliale associée aux lésions. Cell Res. 2021 mars ;31(3). 259-271. doi : 10.1038/s41422-020-00453-x. Publication en ligne le 8 janvier 2021. PMID :
[7] 33420425; ID PMC : PMC8027647.
[8] BlueRock Therapeutics annonce le premier patient traité avec DA01 dans le cadre d'une étude de phase 1 chez des patients atteints de la maladie de Parkinson à un stade avancé. Communiqué de presse de BlueRock Therapeutics : 8 juin 2021.
[9] Takasato M, Er PX, et al.Les organoïdes rénaux issus de cellules iPS humaines contiennent plusieurs lignées et modélisent la néphrogénèse humaine. nature. 2015.526(7574):564 -568. http://dx.doi.org/10.1038/nature15695.
[10] Spence JR, Mayhew CN, et al. Différenciation dirigée de cellules souches pluripotentes humaines dans le tissu intestinal in vitro. Nature. 2011.470(7332):105- 109. http://dx.doi.org/10.1038/nature09691.