Un système de culture d’organes intestinaux pour l’analyse des interactions hôte-microbiote

L’intestin est un organe très complexe contenant un large éventail de types cellulaires (cellules épithéliales, cellules du système immunitaire, neurones, etc.) organisés dans une structure particulière qui permet aux cellules d’interagir et de communiquer entre elles et avec le contenu luminal (microbiote, nourriture, etc.) ¹. Actuellement, la boîte à outils de recherche disponible pour l’analyse des interactions hôte-microbiote comprend des cultures cellulaires in vitro et des modèles animaux in vivo ². Les modèles animaux in vivo fournissent une construction tissulaire physiologique³ mais avec un mauvais contrôle expérimental et une capacité limitée à manipuler les conditions expérimentales. Les systèmes de culture in vitro, d’autre part, utilisent des cellules primaires ou des lignées cellulaires qui peuvent être complétées par des microbes^4,offrant un contrôle étroit sur les paramètres de l’expérience mais dépourvus de complexité cellulaire et d’architecture tissulaire. Les essais in vitro modernes permettent l’utilisation avancée d’échantillons de tissus humains sains et pathologiques, comme les organoïdes épithéliaux dérivés de sources souris ou humaines^5,6, et des échantillons qui imitent le microenvironnement muqueux⁷. Un autre exemple est le test « intestin sur puce », qui comprend la lignée cellulaire épithéliale du côlon humain (Caco2), la matrice extracellulaire et les canaux microfluidiques pour imiter l’état physiologique de l’invariant intestinal⁸. Cependant, aussi avancés et innovants que puissent être les échantillons in vitro, ils ne maintiennent pas une architecture tissulaire normale ou une composition cellulaire naïve.

Pour y remédier, Yissachar et al. ont récemment mis au point un système de culture d’organes ex vivo ⁹ (Figure 1)qui maintient des fragments intestinaux intacts ex vivo,bénéficiant des avantages des modèles in vivo et in vitro. Ce système de culture d’organes intestinaux ex vivo est basé sur un dispositif de culture sur mesure qui prend en charge une culture multiplexée de six tissus du côlon, permettant d’examiner les entrées expérimentales dans des conditions comparables tout en contrôlant les entrées et les sorties du système. Des travaux récents ont démontré que ce système est précieux pour analyser les réponses intestinales aux bactéries intestinales individuelles^9,aux échantillons de microbiote humain entier¹⁰ et aux métabolites microbiens^11. Ce système permet, pour la première fois, l’étude de ces interactions précoces hôte-microbiote avec un haut niveau de contrôle sur l’hôte, les composants microbiens et environnementaux. De plus, il permet de surveiller et de manipuler le système tout au long de l’expérience, en temps réel.

Figure 1: Schémas du dispositif de culture intestinale. Un fragment entier de tissu intestinal est attaché aux orifices de sortie et d’entrée de la chambre (en haut), avec des pompes régulant le flux de fluide à l’intérieur de la lumière et dans la chambre de milieu externe. L’ensemble de l’appareil (en bas) contient 6 chambres de ce type. Ce chiffre a été modifié à partir de Yissachar et al. 2017. Veuillez cliquer ici pour voir une version agrandie de cette figure.