Le SARS-CoV-2 provoque un syndrome respiratoire et des atteintes neurologiques. De nouvelles cultures organotypiques de hamster permettent de valider le tropisme du virus dans le poumon et pour certains neurones dans le cerveau. L'infection induit des réponses et morts cellulaires organes spécifiques. Ces modèles, présentés dans la revue Nature Communications, offrent une occasion unique d'étudier les premières étapes de l'infection par un virus émergent et de tester des antiviraux au niveau organique.
a, Représentation schématique de la génération de cultures organotypiques de hamster.
b, c, L'entrée du virus recombinant SARS-CoV-2 exprimant un fluorochrome vert (infection : 1 000 particules infectieuses) a été étudiée en suivant la fluorescence 1 jour après l'infection. Les photos ont été prises à l'aide d'un microscope Nikon Eclipse Ts2R (500 ms d'exposition) et reconstituées à l'aide du plug-in Stitching avec le logiciel ImageJ. Barre d’échelle = 1 mm.
d,e, Les génomes du SARS-CoV-2 par µg d'ARN total ont été quantifiés par RT-qPCR dans les cultures organotypiques de poumons (d), et de tronc cérébral (e) (n=5) 1, 2, 3 et 4 jours après infection avec 5,000 particules infectieuses et normalisé par la variation du nombre de copies d’ARN du gène de ménage GAPDH. © Cyrille Mathieu
Le virus SARS-CoV-2 est responsable de la pandémie mondiale de COVID-19 depuis son émergence en décembre 2019. L’infection par ce virus, qui entre dans l’organisme par les voies respiratoires, provoque un syndrome respiratoire aigu sévère et peut, sous certaines conditions, atteindre le système nerveux central, provoquant des séquelles neurologiques. les scientifiques ont développé et caractérisé deux nouveaux modèles de cultures organotypiques de poumon et de tronc cérébral de hamster pour étudier finement l’infection par des virus respiratoires encéphalitogènes à échelle de ces organes. Ces cultures consistent en des sections d’organes standardisées et maintenus en culture sur des interfaces air-liquide pendant au moins 4 jours sans altérer leur viabilité. Les cultures organotypiques permettent d’étudier et de visualiser en temps réel les évènements précoces de l’invasion d’un organe par un pathogène. L’intérêt est ici d’étudier plus finement les interactions potentielles entre le pathogène et les cellules cibles de l’hôte dans leur contexte tridimensionnel multi-tissulaire natif et donc d’élever le niveau de complexité des questions posées.
Les chercheurs ont ainsi validé le tropisme initial du SARS-CoV-2 dans les poumons et démontré que l’infection par ce virus, qui cible majoritairement le réseau vasculaire du cerveau, pouvait aussi progresser rapidement dans le tronc cérébral et le cervelet en ciblant spécifiquement certains neurones. Ils ont également mis en évidence une signature de mort cellulaire liée à l’infection, de type nécroptotique et pyroptotique associée à une réponse immunitaire innée spécifique et inflammatoire dans les cultures de poumon et de tronc cérébral. Ces nouveaux modèles ex vivo apparaissent particulièrement pertinents pour tester rapidement l’efficacité et la toxicité de traitements antiviraux en amont d’expériences chez l’animal. De plus, les cultures organotypiques permettent de fortement réduire le nombre d’animaux utilisés en démultipliant le nombre de conditions testées tout en évitant l’expérimentation sur l’animal vivant.
Ces résultats permettent de proposer l’utilisation inédite de cultures organotypiques comme modèles de choix pour étudier les étapes précoces de l’invasion d’organes par le SARS-CoV-2 et d’autres virus émergents et valider l’efficacité de nouveaux traitement antiviraux en amont des confirmations in vivo.
Référence : Hamster organotypic modeling of SARS-CoV-2 lung and brainstem infection. Marion Ferren, Valérie Favède, Didier Decimo, Mathieu Iampietro, Nicole A. P. Lieberman, Jean-Luc Weickert, Rodolphe Pelissier, Magalie Mazelier, Olivier Terrier, Anne Moscona, Matteo Porotto, Alexander L. Greninger, Nadia Messaddeq, Branka Horvat, Cyrille Mathieu. Nature Communications, 4 octobre 2021.
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