Israël : Des chercheurs développent des embryons « synthétiques », sans fécondation

Une équipe de chercheurs israéliens et palestiniens a réussi à développer des embryons de souris à un stade avancé, à partir de cellules souches. Une avancée pour la recherche qui s’accompagne de questionnements éthiques.

Créer un embryon sans avoir recours ni à un ovule ou à du sperme, ni à aucun processus de fécondation. C’est ce qu’a réalisé une équipe de chercheurs israéliens, selon une étude publiée dans la revue Cell le 1er août.

Ces scientifiques ont conçu des embryons de souris à partir de cellules souches, qui ont la particularité de pouvoir être reprogrammées en n’importe quelle autre cellule ou n’importe quel organe. Les cellules souches se sont ensuite développées dans un incubateur, jouant le rôle d’utérus artificiel, jusqu’à se rapprocher d’un embryon de souris de huit jours.

Une première scientifique

Ce n’est pas la première fois qu’une telle expérience de création d’embryons « synthétiques » est réalisée – en décembre 2021, le même procédé avait été utilisé pour des embryons humains. Mais jamais jusqu’ici les chercheurs n’avaient réussi à les conserver sur une durée aussi longue. « Huit jours, pour un embryon murin, cela correspond à un tiers de son développement (la gestation chez la souris dure en moyenne vingt jours, NDLR)», explique Laurent David, professeur de biologie cellulaire au CHU de Nantes. À ce stade, les organes commencent à se différencier : les embryons conçus par l’équipe israélienne montraient les premiers plis du cerveau et l’ébauche d’un cœur, précise l’étude de Cell.

L’intérêt d’une telle expérience ? « Cela montre que la compréhension du développement embryonnaire progresse et pourrait compléter notre connaissance sur la formation des organes, par exemple », avance Laurent David. Pour la communauté scientifique, les recherches publiées dans Cell ne sont surtout qu’une première étape, ouvrant la voie à une possible transposition de l’animal vers l’homme.

Pour cela, il faudrait obtenir les mêmes résultats (la création d’embryons synthétiques donc) à partir de cellules souches humaines, cette fois. De tels embryons seraient utiles à la recherche pour, entre autres, « comprendre les perturbations précoces lors de la grossesse (infertilité, fausse couche, endométriose)… », plaide Jacob Hanna, le chercheur palestinien qui a chapeauté l’étude, joint par mail.

Des alternatives aux vrais embryons qui posent question

En France, la loi interdit la conception de vrais embryons uniquement pour la recherche : les embryons utilisés sont des embryons surnuméraires donnés par des couples en processus de PMA et qui n’ont plus de projet parental, et ils doivent être détruits au bout de quatorze jours. Dans ce contexte, des embryons synthétiques pourraient représenter des alternatives « techniques et éthiques », continue Jacob Hanna.

Toutefois, ne seraient-ils pas aussi « un pas vers la création d’êtres vivants artificiels ? », interroge Vincent Grégoire-Delory, maître de conférences en éthique des sciences à l’Institut catholique de Toulouse, en écho aux interrogations qui agitent le monde scientifique depuis quelques jours. « Ces embryons de synthèse ne sont pas de vrais embryons, mais des embryoïdes, au sens où ils n’en ont que la forme, répond Jacob Hanna. Ils ne parviennent même pas à s’implanter dans l’utérus d’une souris. » À Nantes, Laurent David confirme. Parce qu’ils ne sont pas issus de gamètes, « ils n’ont pas le potentiel pour se développer et devenir viable ».

Il n’empêche, « nous sommes là face à une médecine non plus réparatrice mais démiurgique, qui modèle et fabrique du vivant, même si c’est dans un objectif qui peut sembler tout à fait légitime, s’interroge Vincent Grégoire-Delory. Pas vraiment embryons, mais conçues quand même à partir de cellules humaines, quel serait le statut de ces structures ? ». Et, du fait de ce statut particulier, « jusqu’à quelle limite de temps pourrait-on étudier ces entités ?, ajoute Laurent David. À quel moment cela deviendrait-il problématique ? Il va falloir peser les risques et les bénéfices. » Des réflexions, assure le chercheur, qui « ne nous quittent jamais ».

Pour la première fois, des scientifiques ont créé des embryons de souris en laboratoire sans utiliser d’ovules ni de sperme et les ont regardés se développer en dehors de l’utérus. Pour réaliser cet exploit, les chercheurs n’ont utilisé que des cellules souches et un dispositif de rotation rempli de flacons en verre. 

« L’expérience change la donne« , a déclaré au Washington Post Alfonso Martinez Arias, biologiste du développement à l’université Pompeu Fabra de Barcelone, qui n’a pas participé à la recherche. 

« Il s’agit d’une étape importante dans notre compréhension de la façon dont les embryons se construisent« , a-t-il déclaré.

L’expérience révolutionnaire, décrite dans un rapport publié lundi 1er août dans la revue Cell, s’est déroulée dans un bioréacteur spécialement conçu pour servir d’utérus artificiel aux embryons en développement. À l’intérieur du dispositif, les embryons flottent dans de petits béchers (petits récipients en verre) remplis de solution nutritive, et les béchers sont tous enfermés dans un cylindre rotatif qui les maintient en mouvement constant. Ce mouvement simule la façon dont le sang et les nutriments circulent vers le placenta. Le dispositif reproduit également la pression atmosphérique de l’utérus d’une souris, selon une déclaration de l’Institut Weizmann des sciences en Israël, où les recherches ont été menées.    

embryologie embryon

Les chercheurs ont mis au point des embryons de souris synthétiques qui, entre le premier jour (en haut à gauche) et le huitième jour (en bas à droite) de leur croissance, ont formé un cœur battant, une circulation sanguine émergente, un cerveau, un tube neural et un tractus intestinal. (

Dans une expérience précédente, décrite dans la revue Nature en 2021, l’équipe a utilisé ce bioréacteur pour cultiver des embryons naturels de souris, qui ont atteint le 11e jour de développement dans le dispositif. « Cela a vraiment montré que les embryons de mammifères peuvent se développer en dehors de l’utérus – il ne s’agit pas vraiment de modeler ou d’envoyer des signaux à l’embryon autant que de fournir un soutien nutritionnel« , a déclaré à STAT News Jacob Hanna, biologiste spécialiste des cellules souches embryonnaires au Weizmann Institute et auteur principal des deux études.

Après leur premier succès avec les embryons naturels, les chercheurs ont voulu s’essayer à la culture d’embryons de laboratoire dans l’utérus mécanique. 

Pour ce faire, ils ont appliqué aux cellules souches de souris un traitement chimique qui les a « réinitialisées » dans un état naïf à partir duquel elles pouvaient se transformer en n’importe quel type de cellule – cœur, foie, cerveau ou autre. Dans une fraction de ces cellules naïves, l’équipe a appliqué des traitements supplémentaires pour activer les gènes nécessaires à la fabrication du placenta, et dans un troisième groupe de cellules, elle a appliqué des traitements pour activer les gènes permettant de fabriquer le sac vitellin. « Nous avons donné à ces deux groupes de cellules une impulsion transitoire pour donner naissance à des tissus extra-embryonnaires qui soutiennent le développement de l’embryon« , a déclaré Jacob Hanna dans le communiqué.

Les scientifiques ont ensuite placé ces trois groupes de cellules souches dans l’utérus artificiel pour qu’elles se mélangent et se confondent. Les trois types de cellules se sont rapidement rassemblés pour former des amas, mais seuls 50 amas cellulaires sur 10 000 ont continué à se développer en structures embryonnaires et ceux qui ont réussi n’ont survécu que 8,5 jours dans le bioréacteur.

Au cours de ces 8,5 jours, soit près de la moitié d’une grossesse typique chez la souris, les embryons initialement sphériques se sont allongés et sont devenus cylindriques, comme on pourrait s’y attendre d’embryons naturels. Les prémices du système nerveux central ont commencé à apparaître au sixième jour et ont rapidement donné naissance à un cerveau minuscule et plissé. Au huitième jour, les embryons avaient développé des tractus intestinaux et de petits cœurs battants qui poussaient les cellules souches du sang dans des vaisseaux nouvellement formés.

La forme des structures internes et la structure des gènes dans les embryons synthétiques différaient légèrement de celles trouvées dans les embryons naturels de souris, a noté l’équipe.

Dans des expériences de suivi, les chercheurs prévoient d’étudier les signaux chimiques qui poussent les cellules embryonnaires à devenir un type de tissu plutôt qu’un autre. Quelles forces poussent certaines cellules souches à se rassembler et à former le tube neural, tandis que d’autres finissent par se différencier en cellules qui tapissent les intestins ?

embryologie embryon

L’équipe des chercheurs de l’Institut Weizmann de gauche à droite: Dr. Noa Novershtern, Prof. Jacob Hanna, Alejandro Aguilera-Castrejon, Shadi Tarazi, et Carine Joubran .


« Notre prochain défi consiste à comprendre comment les cellules souches savent ce qu’elles doivent faire – comment elles s’assemblent pour former des organes et trouver leur chemin vers l’endroit qui leur est assigné à l’intérieur de l’embryon« , a déclaré le professeur Hanna dans le communiqué. « Et parce que notre système, contrairement à un utérus, est transparent, il peut s’avérer utile pour modéliser les défauts de naissance et d’implantation des embryons humains.« 

« Qui plus est, en plus de servir de modèle de recherche, l’utérus artificiel pourrait également servir un jour d’incubateur pour les cellules, les tissus et les organes cultivés pour les procédures de transplantation« , a-t-il ajouté.

« Ce n’est qu’une étape, mais une étape très importante pour nous permettre d’étudier le développement précoce« , a déclaré à STAT News Paul Tesar, un biologiste du développement à la Case Western Reserve University School of Medicine qui n’a pas participé à l’étude. « Nous entrons dans le domaine de la capacité à générer un embryon à partir de rien, et potentiellement un organisme vivant. C’est un changement vraiment notable pour le domaine« .
Bien entendu, de telles recherches s’accompagnent de lourdes considérations éthiques.

« La souris est un point de départ pour réfléchir à la façon dont on veut aborder cela chez l’homme« , a déclaré au Washington Post Alex Meissner, biologiste spécialiste des cellules souches à l’Institut Max Planck de génétique moléculaire. « Il n’est pas nécessaire de s’alarmer ou de s’affoler, mais… à mesure que nous apprenons, il est important d’avoir en parallèle une discussion : Jusqu’où voulons-nous aller ?« 

La Croix