Pour empêcher l’extinction du rhinocéros blanc du Nord, le consortium intercontinental BioRescue tente de créer des ovules artificiels à partir de cellules souches. Une équipe dirigée par Sebastian Diecke et Micha Drukker de l’Université de Leiden du MDC a maintenant révélé dans Scientific Studies qu’ils sont sur le issue d’atteindre cet objectif.
Fatu et Najin sont les deux derniers rhinocéros blancs du Nord au monde, et ce sont tous les deux des femelles. En conséquence, cette sous-espèce ne peut as well as se reproduire naturellement et l’extinction semble inévitable. Cependant, le consortium BioRescue travaille contre la montre pour s’assurer que le rhinocéros blanc du Nord ne disparaisse pas définitivement de notre planète. Les chercheurs poursuivent une approche à deux volets : premièrement, ils développent des approaches avancées de procréation assistée deuxièmement, ils veulent utiliser des cellules cutanées prélevées sur le rhinocéros blanc du Nord pour créer des cellules souches pluripotentes induites (iPS) en laboratoire, qui peuvent éventuellement se développer en ovocytes immatures, ou ovocytes. L’équipe du Centre Max Delbrück de médecine moléculaire de l’Association Helmholtz (MDC), en collaboration avec des partenaires à Munich, aux Pays-Bas et au Japon, a maintenant fait un grand pas vers cet objectif. Dans la revue Scientific Studies, ils révèlent avoir réussi à obtenir et mener des études approfondies sur les cellules souches pluripotentes de rhinocéros. “Notre report jette un nouvel éclairage sur la pluripotence – la capacité des cellules souches à se différencier en toutes les cellules du corps”, déclare l’auteur principal, le Dr Vera Zywitza, de la plate-forme de cellules souches pluripotentes du MDC, dirigée par le Dr Sebastian Diecke.. “Cela représente donc une étape importante sur la voie des ovocytes de rhinocéros générés artificiellement.”
Le projet BioRescue a reçu un financement de 4 tens of millions d’euros du ministère fédéral allemand de l’éducation et de la recherche (BMBF). Le consortium worldwide, qui comprend le MDC, est dirigé par l’Institut Leibniz pour la recherche sur les zoos et la faune (IZW) et coopère avec de nombreux autres partenaires, dont Helmholtz Zentrum München en Allemagne.
L’art de l’ingénierie cellulaire
Les cellules iPS dans une boîte de Pétri ont le potentiel de se développer en n’importe quelle cellule du corps, y compris les cellules germinales primordiales que les scientifiques de BioRescue veulent cultiver. Les chercheurs travaillent en étroite collaboration avec le laboratoire du professeur Katsuhiko Hayashi, un chercheur japonais sur les cellules souches à l’Université de Kyushu. En 2016, Hayashi a réussi à générer des ovules à partir de la peau de souris, à féconder artificiellement ces cellules et à les implanter chez des femelles. Les souris conçues par cette méthode sont nées saines et fertiles.
Le professeur Micha Drukker, chercheur sur les cellules souches, et ses équipes du Helmholtz Zentrum München et du Leiden Educational Center for Drug Reserach de l’Université de Leiden ont utilisé un processus connu sous le nom de reprogrammation épisomique pour produire avec succès des cellules iPS de rhinocéros blanc du Nord. Cela impliquait que les chercheurs introduisent des molécules d’ADN étrangères appelées “plasmides” dans les cellules cutanées qu’ils avaient obtenues. Ces plasmides contenaient des gènes pour reprogrammer les cellules de la peau en cellules iPS. Les cellules souches de rhinocéros ainsi générées sont remarquablement similaires à leur équivalent humain. “Vues au microscope, elles se distinguent à peine des cellules iPS humaines”, explique Drukker, ajoutant : “Elles réagissent également de manière très similaire aux influences extérieures.”
Un début prometteur pour la culture de cellules germinales
Les cellules iPS ont différents états : elles peuvent être naïves – “l’état fondamental” de la pluripotence – ou amorcées. On pense que les cellules dans ce dernier état ont atteint un stade légèrement furthermore avancé du développement embryonnaire. Des expériences avec des cellules souches générées à partir de souris montrent qu’elles sont particulièrement douées pour produire des cellules germinales lors de la conversion de l’état amorcé à l’état naïf. Cependant, lorsque les scientifiques ont tenté pour la première fois de convertir les cellules de rhinocéros à un état naïf, les cellules sont mortes. Les chercheurs ont donc introduit un gène dans les cellules de rhinocéros qui empêche la mort cellulaire – et avec cela, ils ont réussi à obtenir des cellules iPS naïves. “Nous avons caractérisé les cellules en détail, entre autres, en analysant les données du transcriptome”, explique Zywitza. “La conversion réussie en un état de pluripotence de kind naïf est un place de départ prometteur pour générer des cellules germinales.”
Néanmoins, Zywitza et ses collègues ne peuvent pas encore passer à l’étape suivante. “Les cellules iPS que nous avons cultivées contiennent du matériel génétique étranger persistant, à savoir les facteurs de reprogrammation et le gène qui empêche la mort cellulaire”, explique Zywitza. “Cela signifie que nous ne pouvons pas les utiliser pour fabriquer des cellules germinales, car il y a un risque que celles-ci soient pathologiquement altérées.” Mais ces cellules restent extrêmement utiles pour étudier les cellules souches de rhinocéros en général et mieux comprendre leurs différents états en particulier. Avec leur aide, les scientifiques peuvent explorer les mécanismes moléculaires qui se déroulent dans les cellules souches. “Par exemple, on peut étudier pourquoi la période de gestation d’un rhinocéros est de 16 mois alors que celle d’une souris n’est que de 21 jours, ou remark les organes se développent chez différentes espèces”, explique le scientifique. Cela nous apprend beaucoup sur l’évolution.”
Le tissu ovarien est également nécessaire
Entre-temps, l’équipe de Diecke a généré d’autres cellules iPS. Ils ont utilisé des virus à ARN au lieu de plasmides pour introduire les facteurs de reprogrammation. Ces nouvelles cellules iPS ne contiennent rien qui n’y appartienne pas. Maintenant, les scientifiques essaient de produire des cellules germinales primordiales à partir d’eux.
Et ce n’est pas tout : les cellules germinales primordiales ne deviennent des ovules que lorsqu’elles sont entourées de tissu ovarien. Il est presque unattainable d’obtenir de tels tissus à partir de rhinocéros vivants ou décédés. “Nous devons donc créer non seulement des cellules germinales primordiales, mais également du tissu ovarien”, explique Zywitza. Les scientifiques basés à Berlin travaillent en étroite collaboration avec Hayashi pour y parvenir. L’année dernière, il a cultivé avec succès du tissu ovarien à partir de cellules souches de souris.
14 embryons créés à ce jour grâce à la procréation assistée
Pendant ce temps, des progrès sont également réalisés avec la procréation assistée. En janvier de cette année, des scientifiques de l’IZW, en collaboration avec le Kenya Wildlife Services, le Wildlife Analysis and Training Institute, le Dv?r Králové Safari Park et Ol Pejeta Conservancy, ont collecté des ovocytes immatures appelés ovocytes de Fatu. Ceux-ci ont été mûris dans les laboratoires d’Avantea en Italie et inséminés avec du sperme décongelé d’un taureau décédé. Il y a maintenant un complete de 14 embryons de rhinocéros blancs du Nord, qui sont stockés dans de l’azote liquide à moins 196 degrés Celsius. Dans un avenir proche, les embryons seront implantés dans des substituts de rhinocéros blancs du Sud, dans le but de créer un jeune rhinocéros blanc du Nord en bonne santé.
La production de 14 embryons représente un grand succès en biologie reproductive, mais ce n’est pas une grande quantité si l’objectif est de reconstruire la populace blanche du Nord à un niveau autosuffisant. “Najin et Fatu sont également étroitement liés et leur composition génétique est en grande partie identique”, déclare le professeur Thomas Hildebrandt de l’IZW, qui dirige le consortium de recherche BioRescue. “En raison de problèmes d’âge et d’appareil reproducteur, nous n’avons pas pu collecter d’ovocytes de Najin qui pourraient être développés en embryons, de sorte que les 14 embryons proviennent de Fatu. Nous avons donc besoin de toute urgence d’une stratégie complémentaire pour créer des gamètes – des ovules et du sperme – de beaucoup additionally d’individus.”
Protéger les espèces du monde — avant qu’il ne soit trop tard
“Générer des œufs fonctionnels du rhinocéros blanc du Nord serait le couronnement de nos recherches”, a déclaré Diecke. Cette approche pourrait servir de modèle pour d’autres espèces menacées. Si la replica à partir de cellules souches fonctionne, la approach pourrait être utilisée pour faire revivre de nombreuses autres espèces menacées ou déjà éteintes. Plus de 10 000 cultures de cellules vivantes provenant de moreover de 1 000 espèces menacées sont stockées dans le Frozen Zoo du Arnold and Mabel Beckman Centre for Conservation Study à San Diego et dans la biobanque de l’IZW à Berlin. “Cette ressource inestimable pourrait être utilisée pour ramener des espèces au bord de l’extinction”, a déclaré Diecke. Le rhinocéros blanc du Nord ne serait alors qu’un début — même s’il ajoute qu’il “préférerait que nous n’ayons jamais à utiliser notre strategy et que nous fassions davantage pour préserver les espèces avant qu’il ne soit trop tard”.
Mais pour Zywitza, une selected est sûre : si un rhinocéros blanc du Nord naissait un jour grâce aux systems des cellules souches, elle adorerait le rencontrer.