Des scientifiques créent des vaisseaux sanguins humains fonctionnels en seulement 5 jours à partir de cellules souches

Les vaisseaux sanguins sont indispensables à pratiquement tous les tissus, mais la reconstitution de réseaux vasculaires fonctionnels à partir de cellules souches humaines est restée lente, techniquement exigeante et difficile à maîtriser. Les protocoles d'organoïdes vasculaires existants nécessitent généralement trois semaines ou plus, reposent sur l'émergence spontanée de cellules murales et requièrent une incorporation dans une matrice extracellulaire dès le départ — ce qui limite la mise à l'échelle et la translation thérapeutique.

L'équipe de recherche a conçu deux lignées distinctes d'iPSC, chacune portant une copie inductible par la doxycycline soit d'ETV2 (un déterminant du destin endothélial), soit de NKX3.1 (un déterminant du destin des cellules murales). Les cellules des deux lignées ont d'abord été orientées vers le mésoderme pendant deux jours, puis combinées dans un rapport 1:1 et agrégées sur un agitateur orbital. Trois jours d'exposition à la doxycycline ont activé simultanément les deux facteurs de transcription, produisant des milliers d'organoïdes vasculaires de taille uniforme (~250 μm de diamètre) en seulement cinq jours. Environ 50 % des cellules sont devenues des cellules endothéliales CD31+/VE-Cadhérine+, tandis que les autres ont adopté une identité murale exprimant α-SMA et MYH11. Fait important, aucune ECM exogène n'était nécessaire au cours de cette phase initiale.

Le séquençage de l'ARN en masse et la qPCR ont confirmé que la co-différenciation tridimensionnelle améliorait la maturation par rapport aux protocoles standards en monocouche 2D : les cellules endothéliales ont surexprimé CDH5, VWF, ERG, TEK et KLF2, tandis que les cellules murales présentaient une expression plus élevée des marqueurs contractiles ACTA2, TAGLN et MYH11, ainsi que des composants de la signalisation TGF-β/BMP. Lorsque les organoïdes vasculaires ont ensuite été incorporés dans des hydrogels collagène/Matrigel pendant cinq jours supplémentaires, les réseaux vasculaires se sont considérablement développés — atteignant ~1 000 μm de diamètre — avec des lumières bien définies, un dépôt de membrane basale et un virage de l'expression génique endothéliale vers un phénotype artériel. Cette maturation était attribuable à l'exposition à l'ECM elle-même, et non simplement à la durée prolongée de culture.

Pour éliminer les risques liés à l'intégration génomique, les auteurs ont également démontré la génération réussie d'organoïdes vasculaires par administration d'ARN messager modifié (modRNA) codant ETV2 et NKX3.1 — une alternative sans empreinte génétique compatible avec la translation clinique. Le séquençage de l'ARN à l'échelle de la cellule unique des organoïdes vasculaires matures a révélé diverses sous-populations vasculaires, notamment des sous-types endothéliaux artériels, veineux, en pointe de bourgeon et en prolifération, ainsi que des cellules musculaires lisses et des péricytes, récapitulant l'hétérogénéité vasculaire observée in vivo. La modulation temporelle de l'expression des facteurs de transcription a permis d'ajuster les phénotypes endothéliaux artériels par rapport aux phénotypes angiogéniques.

La transplantation in vivo dans des souris NSG immunodéficientes a confirmé l'intégration fonctionnelle : les organoïdes vasculaires greffés sous la capsule rénale ont formé des vaisseaux humains perfusés anastomosés avec la circulation murine en 14 jours. Dans des modèles d'ischémie des membres inférieurs, la transplantation d'organoïdes vasculaires a significativement amélioré la récupération du flux sanguin. Dans un modèle de co-transplantation d'îlots pancréatiques, les organoïdes vasculaires ont amélioré la prise de greffe et la fonction des îlots, soulignant leur polyvalence thérapeutique. Dans leur ensemble, ces travaux proposent une approche rapide, évolutive et contrôlable de la production d'organoïdes vasculaires, avec un fort potentiel pour la médecine régénérative, la modélisation des maladies et l'ingénierie des organes.