Corona-Intestine – Développement d’un modèle biomimétique de l’intestin humain pour étudier l’infection de l’intestin par le SARS-CoV-2

L’entrée du SARS-CoV-2 est médiée par la protéine Spike S, qui reconnaît le récepteur cellulaire ACE2, exprimé dans divers tissus : poumon, cœur et vaisseaux sanguins, mais aussi dans l’intestin. Des infections intestinales par le SARS-CoV-2 ont déjà été signalées (Xiao et al., 2020). Nous avons également pu observer, avec d’autres, l’absorption de pseudovirus exprimant la protéine S (provenant du SARS-CoV-2) dans une lignée cellulaire de type colon humain (Hoffmann et al., 2020). Cependant, on ne sait pas encore dans quelle mesure l’intestin est ciblé par le virus (intestin grêle ou côlon) et quelle est la conséquence de cette infection sur la dissémination virale. En outre, la conséquence de l’infection par le SARS-CoV-2 sur l’homéostasie intestinale n’a pas été clairement étudiée.

Dans l’intestin, ACE2 est impliqué dans le transport d’acides aminés ayant un impact sur le microbiote intestinal et la réponse inflammatoire (Hashimoto et al., 2012). Sachant que les patients souffrant d’un syndrome inflammatoire et/ou d’un microbiote dysbiotique ont un risque plus élevé de développer une covid19 sévère, les infections intestinales peuvent jouer un rôle important dans l’aggravation de la maladie. Par conséquent, l’étude des infections à coronavirus au niveau de la barrière intestinale permettra d’obtenir des informations importantes sur la maladie et l’épidémie de COVID-19.

Toutefois, l’infection par le SARS COV-2 est spécifique à la population humaine et la communauté ne dispose donc pas de modèles animaux précis pour étudier l’infection in vivo. Une approche alternative consisterait à utiliser un intestin biomimétique humain en utilisant les nouveaux dispositifs d’organes sur puces qui combinent l’ingénierie tissulaire et les technologies microfluidiques. Cela nous permet de reproduire l’architecture (en 3D organisée en structure de type crypte/villus) et les forces mécaniques observées dans l’intestin (écoulement des fluides et mouvement péristaltique) (Bein et al., 2018).

Nous avons récemment développé cette technologie en utilisant des cellules Caco-2 maturées dans des intestins sur puces de la société Emulate. Cela nous a permis d’observer à quel point la topologie 3D et la stimulation mécanique de la monocouche épithéliale de l’intestin étaient essentielles pour l’invasion du pathogène entéro-invasif Shigella (Grassart et al., 2019).

En outre, nous avons réussi à mettre en place la génération et l’expansion d’organoïdes intestinaux (Nigro et al., 2014 ; Nigro et al., 2019). En effet, à partir d’organoïdes coliques, obtenus à partir de résections coliques humaines, nous avons pu générer des monocouches polarisées de cellules primaires coliques humaines (sur Transwell), reproduisant ainsi la barrière colique avec l’ensemble des panoplies de cellules coliques (colonocytes, cellules en coupe, cellules entéroendocrines).

Nous proposons de combiner nos deux approches pour développer un intestin humain biomimétique afin d’étudier l’infection par les coronavirus.
Dans ce projet, nous développerons un modèle d’intestin humain en utilisant des cellules primaires humaines (dérivées d’organoïdes) provenant de tissus du côlon et de l’intestin grêle en plus de la technologie des organes sur puces pour reproduire la caractéristique complète de la barrière de l’intestin grêle et du côlon (diversité des cellules, topologie 3D, stimulation mécanique). Cela nous permettra d’étudier l’adhésion, la fusion, l’entrée et la réplication du SARS-CoV-2 de l’iléon au côlon et l’impact en aval sur l’homéostasie intestinale. Ce projet nous permettra donc de déterminer si l’intestin est un réservoir du SARS-CoV-2 et son impact sur l’homéostasie intestinale.

Une fois que notre méthode et notre modèle seront validés, la communauté scientifique y aura accès et des études cliniques pourraient être réalisées à l’aide de tissus provenant de patients atteints de covid19 afin de permettre une médecine personnalisée et des tests de médicaments.
Outre l’urgence de l’étude de la covid19, notre projet sera également utile pour étudier les maladies intestinales en particulier lors d’infections entériques.