L'amorçage au DMSO améliore la formation d'organoïdes rénaux à partir de cellules souches

Les organoïdes rénaux dérivés de cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSCs) offrent d'immenses perspectives pour modéliser les maladies rénales, cribler les médicaments néphrotoxiques et, à terme, soutenir la médecine régénérative. Cependant, les protocoles de différenciation existants demeurent inefficaces et incohérents selon les lignées cellulaires, ce qui motive la recherche d'interventions simples permettant d'améliorer la qualité des cellules de départ avant le début de la différenciation.

Cette étude de l'Institut MERLN de l'Université de Maastricht a examiné si un traitement bref à faible dose de diméthylsulfoxyde (DMSO) pouvait « conditionner » les hiPSCs afin qu'elles se différencient plus efficacement en organoïdes rénaux. Trois lignées hiPSCs validées (LUMC, H101, H107) ont été traitées avec 0 %, 1 % ou 2 % de DMSO pendant 24 heures, puis soumises au protocole bien établi en monocouche 2D par étapes de Morizane et al. 2017, progressant à travers les stades de strie primitive, de mésoderme intermédiaire, de progéniteurs néphroniques, et enfin d'organoïdes rénaux sur 21 jours.

Le traitement au DMSO a produit plusieurs modifications notables dans les hiPSCs avant la différenciation. Aux concentrations de 1–2 %, le DMSO a entraîné une régulation négative des facteurs de transcription clés de la pluripotence (OCT4, SOX2) et a modifié les marqueurs de surface de la pluripotence (TRA-1-60, TRA-1-81, SSEA3, SSEA4), mesurés par cytométrie en flux. Un remodelage épigénétique a été détecté, cohérent avec la capacité connue du DMSO à affecter l'accessibilité de la chromatine. La morphologie des colonies s'est modifiée de façon visible, les cellules présentant un aspect plus condensé et uniforme. L'analyse du cycle cellulaire a confirmé une synchronisation en phase G1, conformément à des rapports antérieurs indiquant que le DMSO inhibe la phosphorylation de la rétinoblastome via la modulation de la voie PI3K, maintenant ainsi efficacement les cellules dans un état plus réceptif aux signaux de différenciation.

Les résultats de différenciation en aval ont été substantiellement améliorés. Au jour 9 du protocole, les hiPSCs traitées au DMSO présentaient une expression significativement accrue de SIX2, le marqueur définissant les cellules progénitrices néphroniques du mésenchyme métanéphrique. À l'issue du protocole de 21 jours, les cultures conditionnées au DMSO ont produit davantage d'organoïdes rénaux présentant des structures tubulaires clairement définies — notamment des tubules proximaux, des tubules distaux, des structures glomérulaires et des marqueurs de canal collecteur (PODXL, LRP2, GATA3) — comparativement aux témoins non traités. L'effet a été observé sur plusieurs lignées hiPSCs indépendantes, ce qui suggère que le bénéfice n'est pas spécifique à une lignée.

Les auteurs proposent que l'impact du DMSO sur la voie de signalisation PI3K, la dynamique du cytosquelette, l'adhésion cellulaire et l'état épigénétique prepare collectivement les hiPSCs vers un état pluripotent transitionnel plus réceptif aux signaux Wnt (CHIR99021), Activine A et FGF9 utilisés dans le protocole Morizane. Le faible coût, la simplicité et l'applicabilité large d'une étape de prétraitement au DMSO de 24 heures en font une modification facilement adoptable. Les limites comprennent la nécessité d'une dissection mécanistique plus approfondie des cibles épigénétiques du DMSO, l'absence de données à résolution unicellulaire caractérisant la composition des organoïdes, ainsi que des questions ouvertes concernant la réduction éventuelle des populations cellulaires hors cible à des stades de culture ultérieurs.