Une collaboration internationale dirigée par l'IBEC et soutenue par la Fondation "la Caixa" mesure pour la première fois la force des cellules dans des mini-intestins de laboratoire

Découvrir comment la paroi intestinale se plie et se déplace en mesurant ses forces

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L'intestin humain est constitué de plus de 40 mètres carrés de tissu, avec une multitude de plis sur sa surface interne qui ressemblent à des vallées et des pics de montagne, pour parvenir, entre autres objectifs, à augmenter l'absorption des nutriments. Il a la particularité d'être en constant renouvellement, ce qui signifie qu'environ tous les cinq jours, toutes les cellules de sa paroi interne sont renouvelées pour assurer le bon fonctionnement de l'intestin.

On savait jusqu'à présent que ce renouvellement était possible grâce aux cellules souches protégées dans les cryptes ou vallées intestinales, qui donnent naissance à de nouvelles cellules différenciées. Cependant, le processus qui conduit à la forme concave des cryptes et à la migration des nouvelles cellules vers les sommets intestinaux était jusqu'alors inconnu.

Aujourd'hui, une équipe internationale dirigée par Xavier Trepat, professeur de recherche de l'ICREA à l'Institut de bioingénierie de Catalogne (IBEC) et chercheur de CaixaResearch, en collaboration avec l'IRB, des chercheurs des universités UB et UPC de Barcelone et de l'Institut Curie à Paris, a décrypté le mécanisme par lequel les cryptes adoptent et maintiennent leur forme concave, et comment le mouvement de migration des cellules vers les sommets se produit, sans que l'intestin ne perde sa forme pliée caractéristique.

Les travaux, publiés dans la prestigieuse revue Nature Cell Biology, ont combiné la modélisation informatique, dirigée en partie par Marino Arroyo, professeur à l'UPC, chercheur associé à l'IBEC et membre du CIMNE, avec des expériences sur des organoïdes intestinaux de cellules de souris, et montrent que ce processus est possible grâce aux forces mécaniques exercées par les cellules. Une partie importante de cette étude a été soutenue par la Fondation "la Caixa" dans le cadre du programme CaixaResearch. L'organisation a également accordé une bourse au premier co-auteur, Gerardo Ceada, pour qu'il fasse son doctorat à l'IBEC.

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Les forces déterminent et contrôlent la forme des intestins et le mouvement des cellules

À l'aide de cellules souches de souris et de techniques de bio-ingénierie et de mécanobiologie, les chercheurs ont mis au point des mini-intestins, des organoïdes qui reproduisent la structure tridimensionnelle des vallées et des pics récapitulant les fonctions du tissu in vivo. En utilisant des technologies de microscopie développées dans le même groupe, ils ont réalisé, pour la première fois, des expériences à haute résolution qui ont permis d'obtenir des cartes en 3D montrant les forces exercées par chaque cellule.

En outre, avec ce modèle in vitro, les chercheurs ont montré que le mouvement des nouvelles cellules vers le haut est également contrôlé par des forces mécaniques exercées par les cellules elles-mêmes, plus précisément par le cytosquelette, un réseau de filaments qui détermine et maintient la forme des cellules.

"Avec ce système, nous avons découvert que la crypte est concave parce que les cellules ont plus de tension sur leur surface supérieure que sur leur surface inférieure, ce qui leur fait adopter une forme conique. Lorsque cela se produit dans plusieurs cellules situées les unes à côté des autres, le résultat est que le tissu se plie, donnant lieu à un relief de vallées et de pics", Carlos Pérez-González, co-premier auteur des travaux.

"Contrairement à ce que l'on croyait jusqu'à présent, nous avons pu déterminer que ce ne sont pas les cellules de la crypte intestinale qui poussent les nouvelles cellules vers le haut, mais les cellules du sommet qui tirent les nouvelles cellules vers le haut, un peu comme un grimpeur qui aide un autre grimpeur à grimper en le tirant vers le haut", Gerardo Ceada, coauteur de l'étude.

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Le nouveau modèle de mini-intestin permettra d'étudier, dans des conditions reproductibles et réelles, des maladies telles que le cancer, la maladie cœliaque ou la colite, dans lesquelles il existe un manque de contrôle dans la multiplication des cellules souches ou une déstructuration des plis. En outre, des organoïdes intestinaux peuvent être fabriqués avec des cellules humaines et utilisés pour le développement de nouveaux médicaments ou pour l'étude du microbiote intestinal.

X. Trepat est membre du Centre pour le réseau de recherche biomédicale en bio-ingénierie, biomatériaux et nanomédecine (CIBER-BBN).

Article de référence:

C. Pérez-González, G. Ceada, F. Greco, M. Matejčić, M. Gómez-González, N. Castro, A. Menendez, S. Kale, D. Krndija, A. G. Clark, V. Ram Gannavarapu, A. Álvarez-Varela, P. Roca-Cusachs, E. Batlle, D. Matic Vignjevic, M. Arroyo et X. Trepat. La compartimentation mécanique de l'organoïde intestinal permet le repliement de la crypte et la migration collective des cellules. Nature Cell Biology, 2021.

À propos de l'IBEC

L'Institut de bioingénierie de Catalogne (IBEC) est un centre CERCA, deux fois reconnu comme centre d'excellence Severo Ochoa, et un développeur de technologies et un facilitateur d'entreprises certifié TECNIO. L'IBEC est membre de l'Institut des sciences et des technologies de Barcelone (BIST) et mène des recherches multidisciplinaires d'excellence à la frontière entre l'ingénierie et les sciences de la vie pour générer des connaissances, en intégrant des domaines tels que la nanomédecine, la biophysique, la biotechnologie, l'ingénierie tissulaire et les applications des technologies de l'information dans le domaine de la santé. L'IBEC a été créé en 2005 par la Generalitat de Catalunya, l'Universitat de Barcelona (UB) et l'Universitat Politècnica de Catalunya (UPC).

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