Des biologistes ont découvert que les tissus du concombre de mer continuent à croître et à survivre pendant des années après avoir été détachés ou retirés du corps principal, tels des « membres zombies ». Alors que les cultures à long terme de tissus isolés sont effectuées dans des milieux hautement contrôlés et stérilisés, les tissus d’holothurie ont connu une croissance continue pendant plus de trois ans dans de l’eau de mer naturelle. Cette découverte pourrait trouver des applications dans les domaines de la régénération tissulaire et du vieillissement.
La culture d’organes ou de tissus isolés constitue depuis des décennies un important axe de recherche dans le secteur biomédical, mais les efforts n’ont pour le moment connu qu’un succès relativement limité en raison de la propension des tissus biologiques à se dégrader. Des avancées ont été réalisées en matière de culture de tissus embryonnaires et larvaires, mais seulement dans des conditions rigoureusement contrôlées.
Certains tissus peuvent également désormais être maintenus en culture pendant de longues périodes, mais ils ne présentent ni la complexité, ni l’évolutivité de véritables tissus biologiques. Ces cultures sont par exemple pour la plupart dépourvues de caractéristiques de cicatrisation ou de croissance, contrairement aux tissus in vivo.
Parmi les avancées notables figurent par exemple les célèbres cellules HeLa, également surnommées « cellules immortelles », qui peuvent être cultivées quasi indéfiniment, mais manquent d’intégrité structurale et d’interactions tissulaires complexes.
Afin de développer des systèmes de cultures tissulaires présentant un niveau de complexité comparable à ceux in vivo, les recherches se sont orientées vers les organismes disposant d’une capacité de régénération naturelle comme les lézards, les amphibiens et les échinodermes, l’embranchement auquel appartiennent les concombres de mer, les oursins et les étoiles de mer.
Certains échinodermes en particulier disposent d’une capacité de régénération remarquable et d’un vieillissement cellulaire quasi inexistant, ainsi que de liens génétiques et évolutifs avec les vertébrés. Cependant, si leur capacité de régénération est documentée depuis longtemps, on supposait que les tissus perdus finissaient par mourir ou se décomposer, à l’instar des membres perdus des lézards.
Or, une étude récente montre que les parties sectionnées de certains échinodermes, notamment des concombres de mer, peuvent se régénérer, croître et survivre en milieu naturel pendant des années indépendamment du corps de l’animal.
« Nous n’avons pas encore réussi à faire pousser un concombre de mer entier, mais nous observons une croissance et une diversification cellulaire impressionnantes, plusieurs années après le prélèvement de ce tissu », explique Rachel Sipler, chercheuse principale au Bigelow Laboratory for Ocean Sciences, qui a codirigé la recherche. « C’est comme un lézard qui perd sa queue. On sait que certains lézards peuvent régénérer leur queue ; nous cherchons à savoir si cette queue peut donner naissance à un nouveau lézard », indique-t-elle en référence à l’étude décrite dans la revue Science Advances.
Une survie et une croissance continues même après 3 ans
Pour effectuer leurs expériences, les chercheurs ont sélectionné Psolus fabricii, une espèce de concombre de mer d’eau froide faisant à peu près la taille d’un doigt humain adulte. Ils ont étudié sa capacité de régénération en prélevant des tissus des pieds, du corps principal et des tentacules chez trois individus distincts, puis les ont laissés immergés dans de l’eau de mer naturelle et non filtrée.
Les tissus prélevés puis cultivés dans l’eau de mer présentaient une importante diversification cellulaire, une activité immunitaire et une réorganisation tissulaire, une viabilité et un niveau de complexité comparable à celui des tissus et organes entiers in vivo. Et étant donné que les tissus cultivés ne possédaient pas de bouche, les cellules semblaient se nourrir en absorbant les acides aminés dissous dans l’eau de mer.
Évolution du tissu du pied tuberculeux un an (en haut) et plusieurs années (en bas) après l’excision, montrant la fermeture et la cicatrisation progressives de la plaie. Le changement de couleur, du rouge au blanc clair puis au rose, reflète la formation et la consolidation des cellules pigmentées en agrégats de tissu sain, ainsi que la progression du tissu conjonctif transparent. © Sara Jobson
Même après trois ans, lorsque les chercheurs ont interrompu les expériences pour publier leurs résultats, les cultures étaient toujours vivantes. Cette capacité à survivre longtemps dans un environnement complexe et stressant confèrerait à cette culture tissulaire une capacité unique par rapport aux autres cultures, qui, elles, sont réalisées dans des environnements axéniques (c’est-à-dire dépourvus de tout contaminant potentiel).
« L’eau de mer naturelle représente sans doute l’approche la plus riche en diversité microbienne et la moins purifiée que nous puissions adopter expérimentalement. Pourtant, ce milieu foisonnant de bactéries et de matières organiques les nourrissait et permettait à ces tissus de cicatriser et de se régénérer », explique Sipler.
L’équipe suggère de multiples applications dans des domaines tels que la régénération tissulaire et la cicatrisation antimicrobienne. La découverte pourrait aussi contribuer à la recherche sur le vieillissement. En outre, les tissus d’échinoderme pourraient aussi être très utiles en biomédecine en général car ils sont non seulement très faciles à cultiver (pas besoin de milieux complexes et stériles), mais ne sont pas non plus soumis aux mêmes restrictions éthiques et logistiques que les tissus de vertébrés. La découverte pourrait par ailleurs contribuer à mieux valoriser et à protéger les ressources holothuriques.
