Lésion de l’épithélium intestinal induite par le lipopolysaccharide : Un nouveau modèle basé sur les organoïdes pour le sepsis in vitro
Le sepsis est un syndrome complexe et dynamique présentant une hétérogénéité significative entre les patients. En 2017, environ 11,0 millions de décès liés au sepsis ont été recensés, représentant 19,7 % de la mortalité mondiale. L’intestin joue un rôle central dans la séquence physiopathologique menant à la dysfonction multiviscérale lors du sepsis. Malgré les avancées thérapeutiques, la mortalité hospitalière des patients atteints de sepsis et de lésion gastro-intestinale aiguë (AGI) demeure autour de 21,9 %. Ainsi, de nouveaux indicateurs d’évaluation et cibles thérapeutiques sont nécessaires pour améliorer les résultats cliniques.
La barrière intestinale, composée principalement de cryptes et de villosités dans l’épithélium intestinal, est compromise lors du sepsis, entraînant une production d’endotoxines et une translocation bactérienne. Les progrès dans la culture d’organoïdes ont permis une meilleure compréhension de la pathogenèse des maladies et la modélisation in vitro de diverses pathologies. Les organoïdes intestinaux sont des structures épithéliales auto-organisées en trois dimensions (3D), comprenant des cellules souches intestinales et leurs cellules différenciées (cellules entéroendocrines, cellules de Paneth, cellules tuft et cellules M). Ces organoïdes conservent les caractéristiques physiologiques de l’épithélium intestinal et peuvent être cultivés plus d’un an tout en maintenant une stabilité génétique.
Le lipopolysaccharide (LPS), endotoxine classique de la membrane des bactéries Gram-négatives, est couramment utilisé pour modéliser la réponse inflammatoire aiguë du sepsis in vivo et in vitro. Cependant, peu de modèles de co-culture avec le LPS imitant les infections bactériennes ont été développés. Cette étude visait à explorer différents temps et concentrations de LPS pour établir un modèle in vitro de lésion intestinale basé sur des organoïdes, pertinent pour le sepsis.
Méthodes
Animaux
Les protocoles expérimentaux ont été approuvés par le Comité d’éthique animalière de l’hôpital Ruijin (Université Jiao Tong de Shanghai). Des souris mâles C57BL/6 (18–22 g) ont été hébergées dans des conditions exemptes d’agents pathogènes spécifiques.
Isolation des cryptes et culture 3D d’organoïdes
Les cryptes intestinales ont été isolées de souris C57BL/6J âgées de 8 à 10 semaines, puis encapsulées dans du Matrigel et cultivées à 37°C sous 5 % de CO₂. Les organoïdes ont été repiqués tous les 7 à 10 jours.
Traitements par LPS
In vivo : les souris ont reçu 10 mg/kg de LPS à 12, 24 et 48 h. In vitro : les organoïdes ont été exposés à des concentrations de LPS variant de 0 à 400 mg/mL pendant 8 et 24 h.
Évaluation des lésions épithéliales
Les critères incluaient la restriction de croissance, l’altération de la fonction barrière, l’augmentation des réponses inflammatoires et la production de peptides antimicrobiens.
Analyses moléculaires
La qPCR, l’immunohistochimie (ZO-1, occludine, claudine-1), l’immunofluorescence (Ki-67) et des tests ELISA (TNF-α, GM-CSF) ont été réalisés.
Résultats
Restriction de croissance des organoïdes
Une concentration ≥150 mg/mL de LPS a induit une inhibition significative de la croissance des organoïdes après 24 h.
Altération de la barrière épithéliale
Une diminution marquée des marqueurs de jonctions serrées (ZO-1, occludine, claudine-1) a été observée à partir de 100 mg/mL de LPS (24 h).
Environnement inflammatoire
Après 8 h de stimulation, une augmentation significative de l’expression de l’ARNm de l’IL-1α, du TNF-α, du GM-CSF, de l’IL-6 et des peptides Reg3α/β/γ a été détectée. Après 24 h, seuls le TNF-α et l’IL-10 restaient élevés.
Lésions intestinales in vivo
Un prétraitement au LPS (12–24 h) a provoqué une atrophie villositaire, une perte cryptique et une infiltration cellulaire. Une récupération tissulaire était observée à 48 h.
Discussion
Ce modèle d’organoïdes reproduit fidèlement les caractéristiques biologiques des lésions intestinales induites par le LPS in vivo. Il permet d’étudier simultanément la restriction de croissance, la dysfonction barrière et les réponses inflammatoires/antimicrobiennes. Les innovations méthodologiques incluent une évaluation haute résolution des organoïdes en 3D et une analyse haut débit dans des plaques de 96 puits.
En conclusion, ce modèle in vitro offre un outil précieux pour explorer les mécanismes du sepsis associé aux lésions intestinales et pour cribler de nouvelles thérapies.
doi.org/10.1097/CM9.0000000000002348