Des chercheurs du Centre Max Delbrück et du Centre médical universitaire de Hambourg-Eppendorf, en Allemagne, ont étudié comment le virus de l'herpès simplex de type 1 (VHS-1) attaque les cellules de la peau. Ils ont utilisé pour cela des organoïdes cutanés, qui sont des modèles de peau en laboratoire. Les résultats de leur travail ont été publiés dans la revue Science Advances.
La plupart des gens pensent que le virus de l'herpès de type 1 est juste un problème esthétique. En effet, il cause de petites bosses sur les lèvres ou le visage. Ces bosses disparaissent généralement d'elles-mêmes en moins de deux semaines. Pourtant, cette infection peut être bien plus grave.
En réalité, ce micro-organisme attaque les cellules nerveuses du visage. Il y reste ensuite sans bouger, dans un état appelé « latent ». Dans des cas très rares, le virus peut atteindre le système nerveux central. Cela peut provoquer une inflammation du cerveau qui met la vie en danger. De plus, les experts étudient aussi si ce virus pourrait jouer un rôle dans le développement de la maladie d'Alzheimer.
Le premier auteur de cette étude est Emanuel Wyler. C'est un chercheur au Centre Max Delbrück. Il s'intéresse depuis longtemps au fonctionnement de ce virus. Pour mieux le comprendre, il a observé attentivement comment il infecte les différentes couches de cellules de la peau. Il a utilisé des organoïdes de peau humaine qui possédaient des poils.
Les chercheurs ont ainsi pu observer comment l'agent pathogène se propage. Ils ont aussi identifié les molécules de signalisation que les cellules infectées envoient à leurs voisines. « Il était fascinant de voir comment le virus se déplaçait dans le tissu de l'organoïde. Il passait d'un type de cellule à un autre. Nous avons aussi vu comment chaque type de cellule réagissait », explique Manja Czech-Sioli. Elle est la responsable de ce travail et chercheuse dans la même institution.
Un suivi dans une peau tridimensionnelle
La peau humaine est organisée comme un sandwich avec plusieurs couches. La couche la plus externe est l'épiderme. Il est surtout composé de kératinocytes, des cellules de protection. Juste en dessous se trouve le derme. C'est une couche de soutien, riche en fibroblastes. Les follicules traversent ces couches. Ils contiennent aussi des fibres nerveuses qui transmettent les sensations.
Les organoïdes cutanés ont permis à l'équipe d'étudier l'infection dans un modèle de tissu en trois dimensions. Ce modèle est complexe.
Les cultures cellulaires plates montrent comment les virus se comportent dans un seul type de cellule. Ces organoïdes, par contre, présentaient de nombreuses caractéristiques de la peau humaine réelle. Ils contenaient des cellules épidermiques, des cellules dermiques, des follicules pileux et des cellules nerveuses. Ils étaient donc un modèle très approprié pour analyser la progression de l'infection par l'herpès de type 1.
Emanuel Wyler explique à SINC qu'un organoïde permet de recréer certains aspects d'organes spécifiques en culture cellulaire. C'est-à-dire dans une boîte en plastique. Il existe aujourd'hui des organoïdes pour le cerveau, les reins et même la peau. « Ils servent à reproduire la structure en trois dimensions du tissu. Ils contiennent donc plusieurs types de cellules différents, comme dans l'organe réel. Cependant, ils ne sont pas parfaits. Ils n'ont pas de cellules immunitaires ni de vaisseaux sanguins. De plus, comme ils se développent pendant environ 4 mois, ils ressemblent plus à une situation fœtale qu'à une situation adulte », précise le scientifique.
Ces organoïdes sont créés à partir de cellules appelées cellules souches pluripotentes induites. Elles proviennent de donneurs adultes volontaires. L'expert indique qu'elles sont généralement « reprogrammées ». Cela signifie qu'on leur apprend à devenir n'importe quel type de cellule du corps. La cellule souche pluripotente d'origine est l'ovule fécondé. C'est à partir de lui que toutes les cellules du corps se développent pendant la grossesse.
« Les organoïdes sont une manière plus efficace de recréer une infection dans le corps humain que les lignées cellulaires », souligne-t-il. Les lignées cellulaires sont souvent utilisées dans la recherche biomédicale. Elles se développent en une couche plate de cellules sur du plastique.
Réaction des cellules voisines
L'étude a aussi montré que le virus n'infectait pas tous les éléments du tissu de la même manière. Par exemple, les fibroblastes du derme contenaient de grandes quantités de matériel viral au début de l'infection. En revanche, les kératinocytes de la couche inférieure de l'épiderme et plusieurs types de cellules des follicules pileux en contenaient moins. En fait, l'agent pathogène n'a atteint les follicules pileux et les neurones sensoriels que plus tard. Cela suggère que ces deux types de cellules pourraient être un peu résistants au virus.
Pour leur recherche, les auteurs ont utilisé des techniques d'imagerie avancées. Ils les ont combinées avec la transcriptomique spatiale. Cela leur a permis de mesurer l'activité des gènes dans des cellules individuelles. Ils ont pu le faire sans modifier leur emplacement dans les tissus. Ils ont ainsi pu étudier la zone où l'herpès de type 1 venait d'atteindre de nouvelles cellules. Ils ont aussi identifié les gènes qui devenaient actifs dans cette zone.
Dans cette zone, les fibroblastes dermiques ont activé le gène IER3. Ce gène est connu pour réagir aux virus. Les kératinocytes basaux ont augmenté l'activité d'IRF3. C'est une molécule qui régule les défenses contre les virus. Ils ont aussi découvert que des molécules de signalisation de la famille du facteur de nécrose tumorale (TNF) s'activaient de manière coordonnée dans l'espace.
Les futurs modèles d'organoïdes qui incluront des cellules immunitaires et des vaisseaux sanguins pourraient aider les chercheurs. Ils pourraient ainsi étudier comment le corps contrôle l'herpès avant qu'il n'atteigne les nerfs. Ils pourraient aussi comprendre pourquoi certaines cellules ralentissent le virus alors que d'autres aident sa multiplication.