Shuibing Chen a passé près de deux mois à s'occuper de ses mini poumons - environ un demi-million d'entre eux. Chacun ressemblait à un minuscule nuage d'orage, installé dans un plat chaud et protégé par un dôme en forme de gelée. Chen, biologiste des cellules souches chez Weill Cornell Medicine à New York, et son équipe les avaient nourris à partir d'amas de cellules humaines, ajoutant des nutriments tous les quelques jours à mesure qu'ils se développaient en sacs aériens 3D.
Ces organoïdes pulmonaires ont mûri jusqu'à atteindre la taille d'une lentille. Ensuite, l'équipe les a emballés et les a transportés à quelques pâtés de maisons, dans un laboratoire autorisé à travailler avec le SRAS-CoV-2, le virus responsable de la pandémie COVID-19. Là, les organoïdes ont été noyés dans le virus et chacun a été aspergé de l'un des 15 000 médicaments. Presque tous les mini poumons sont morts, mais quelques-uns des médicaments ont endigué l'infection - ce qui représente une poignée de traitements possibles pour le COVID-19.
Chen est l'un des nombreux biologistes cellulaires qui ont été poussés par la pandémie à repousser les limites de la technologie organoïde pour étudier les maladies infectieuses. Au cours de la dernière année, les chercheurs ont créé des mini poumons, des intestins, des foies, des cerveaux et plus encore pour étudier comment le SRAS-CoV-2 infecte les organes. Ils ont appris quelles cellules le virus cible, la vitesse de cette attaque et comment les cellules ripostent.
«Les organoïdes ont trouvé leur place dans la boîte à outils des virologues», déclare Hans Clevers, biologiste du développement à l'Institut Hubrecht d'Utrecht, aux Pays-Bas. La technologie avait auparavant été principalement utilisée pour étudier la biologie humaine de base, le développement et les troubles associés, ainsi que les cancers, seuls quelques laboratoires utilisant les modèles pour étudier les virus et autres maladies infectieuses. Mais la pandémie a placé les organoïdes sur le devant de la scène, stimulant les articles à fort impact et démontrant leur valeur pour le développement de médicaments, dit Clevers.
Ils sont un ajout bienvenu, car les méthodes actuelles d'étude des virus ont plusieurs limites. Le cheval de bataille typique de la virologie est une lignée cellulaire cancéreuse du rein d'un singe vert africain (Chlorocebus sabaeus), extraite pour la première fois il y a près de 60 ans et se divisant depuis. Ces cellules, appelées cellules Vero, sont excellentes pour la croissance de virus mais ne reflètent pas la réponse antivirale normale du corps humain. Ils sont «vraiment foutus», dit Elke Mühlberger, virologue à l'Université de Boston dans le Massachusetts. Les chercheurs utilisent également certaines lignées cellulaires humaines cancéreuses mais, comme les cellules Vero, elles ne répondent pas aux infections comme le feraient des cellules normales.
Bien que les chercheurs aient maintenant établi la pertinence potentielle des organoïdes pour l'étude de nouveaux médicaments antiviraux, leurs travaux n'ont pas encore abouti à des traitements commercialisables. «La technologie des organoïdes a bénéficié davantage de la pandémie que le traitement du COVID-19 a bénéficié des organoïdes,» dit Clevers.
Début 2020, Zhou a contacté Shi Zheng-Li, virologue à l'Institut de virologie de Wuhan en Chine, qui a aidé à identifier le plus proche parent connu du SRAS-CoV-2 - le coronavirus de chauve-souris RATG13. Shi a déclaré qu'elle avait séquencé des centaines de coronavirus à partir de chauves-souris, mais qu'elle n'avait pu en cultiver qu'une poignée. Zhou s'est demandé si elle pouvait aider en cultivant des organoïdes à partir de tissus de chauve-souris. Ceux-ci pourraient être utilisés pour tester des médicaments qui peuvent cibler un large éventail de virus susceptibles d'infecter des personnes.
Zhou a arraché des fragments d'intestin de chauves-souris sauvages (Rhinolophus sinicus) et a créé des intestins de chauve-souris miniatures constitués de plusieurs types de cellules. Le SRAS-CoV-2 a bien poussé dans les intestins15 - la première preuve expérimentale que le coronavirus pourrait infecter les chauves-souris fer à cheval, ajoutant du poids à l'hypothèse qu'il proviendrait de chauves-souris.
L'étude des virus avec des organoïdes est encore une nouvelle activité, mais beaucoup les considèrent comme un modèle passionnant pour explorer les interactions entre les cellules humaines et les virus, et la technologie pourrait accélérer la réponse à la prochaine pandémie, dit Ju.
«Ce sont des cultures magiques», dit Estes. "C'est juste votre imagination qui limite la portée de ce domaine."
