Des organoïdes gastriques humains reprogrammés en cellules sécrétant de l'insuline pour traiter le diabète

Le diabète de type 1 (DT1) détruit les cellules β pancréatiques, et les thérapies actuelles de remplacement cellulaire utilisant des îlots dérivés de cellules souches nécessitent une immunosuppression systémique qui en exclut la majorité des patients. Une alternative prometteuse consiste à reprogrammer in situ les cellules gastriques du patient lui-même en substituts sécréteurs d'insuline, évitant ainsi tout rejet immunitaire. Cette étude fournit la première preuve de concept in vivo sur tissu humain pour cette approche.

L'équipe a conçu des lignées de cellules souches embryonnaires humaines (hESC) en insérant deux constructions dans le locus de site sûr AAVS1 : une cassette NPM polycistronique inductible par la doxycycline (NEUROG3, PDX1, MAFA, plus un rapporteur Cherry) et un transactivateur rtTA exprimé de manière constitutive. Ces hESC-NPM ont été différenciées selon un protocole de quatre étapes sur 30 jours en organoïdes gastriques antraux humains (hGOs) présentant les marqueurs caractéristiques de l'estomac — cellules muqueuses MUC5AC+, cellules entéroendocrines gastrine+, épithélium PDX1+ et progéniteurs SOX9+ — confirmés par immunohistochimie et qPCR.

L'induction in vitro par NPM à la doxycycline pendant 7 à 10 jours a converti environ 36 % des cellules épithéliales Cherry+ en cellules β-like c-peptide+. Le séquençage de l'ARN en cellule unique portant sur 8 363 cellules mCherry+EPCAM+ a révélé une population β-like dominante (51 %), des fractions mineures δ-like (5 %) et ε-like (4,2 %), ainsi qu'une régulation à la hausse de gènes canoniques des cellules β, notamment INS, NEUROD1, GCK, ABCC8, NKX2-2 et PCSK1. Des tests statiques de sécrétion d'insuline stimulée par le glucose ont confirmé une libération accrue d'insuline humaine à glucose élevé (20 mM) par rapport à glucose faible (2 mM).

Pour le volet in vivo crucial, des hGOs ont été transplantés sous la capsule rénale de souris immunodéprimées et suivis pendant six mois. Les organoïdes greffés ont survécu de manière stable, développant un épithélium gastrique polarisé avec des cellules muqueuses, principales et entéroendocrines entourées de mésenchyme humain, reproduisant fidèlement la cytoarchitecture de l'estomac. Après administration de doxycycline à des greffes matures, de nombreuses cellules insuline+ sont apparues au sein des hGOs transplantés. Le C-peptide humain était détectable dans le sérum des souris, et les animaux diabétiques ont présenté une amélioration significative de l'hyperglycémie, démontrant une sécrétion d'insuline fonctionnelle suffisante pour exercer des effets systémiques de réduction de la glycémie.

Ces résultats établissent que le tissu gastrique humain — même lorsqu'il réside dans le milieu complexe de signalisation in vivo d'un organisme hôte — peut être génétiquement reprogrammé pour produire des cellules sécrétant de l'insuline fonctionnelles et sensibles au glucose. Le tissu gastrique étant une source accessible et renouvelable de cellules autologues, cette stratégie pourrait à terme permettre au tissu gastrique propre du patient de servir d'usine endogène à insuline, contournant à la fois le rejet allogénique et les risques de l'immunosuppression chronique requise par les thérapies aux îlots de donneur.