Un organoïde est un modèle simplifié d’un organe. Il est généré à partir de cellules souches (des cellules capables d’évoluer en différents types cellulaires). Celles-ci sont placées sur un gel nutritif, comportant successivement des facteurs de croissance et de différenciation spécifiques de l’organe que l’on souhaite reproduire. Les cellules vont alors se développer, se multiplier et se spécialiser en différents types cellulaires puis s’auto-assembler pour mimer l’organe en 3D. L’organoïde imite ainsi l’organe et assure au moins l’une des fonctions biologiques de l’organe qu’il représente (sécrétion, filtration, contraction, etc.). Il existe des organoïdes de nombreux organes : rein, intestin, pancréas, rétine et même du cerveau.

A l’origine, les organoïdes ont été conçus pour étudier le développement des organes. Mais les chercheurs ont rapidement réalisé que ces structures en 3D présentaient un avantage certain pour la recherche biomédicale : les organoïdes reproduisent plus fidèlement le fonctionnement naturel des organes que ne peuvent le faire les cellules à plat en boîte de Pétri. Avec ces organoïdes, les chercheurs peuvent étudier le développement des organes ou la formation d’une maladie. Ils peuvent tester des médicaments ou tenter de restaurer des fonctions physiologiques altérées par les maladies.

De très nombreuses maladies peuvent être étudiées grâce aux organoïdes. Chaque type d’organoïde permet d’étudier les différentes maladies affectant l’organe reproduit. Par exemple, les organoïdes pancréatiques permettent d’étudier le diabète de type 1, maladie durant laquelle les îlots de Langerhans du pancréas sont progressivement détruits. Les organoïdes pulmonaires ont permis d’étudier l’infection par le SARS-CoV-2, pendant la pandémie de Covid-19. Ils ont ainsi permis de mieux comprendre et traiter la maladie. Les organoïdes cérébraux peuvent aussi servir de modèles pour l’étude de la maladie d’Alzheimer. Les organoïdes musculaires permettent d’étudier les maladies des muscles, telle la myopathie de Duchenne. Les organoïdes sont aussi utilisés pour étudier l’effet de nouveaux médicaments. Ainsi, les chercheurs sont aujourd’hui capables de reproduire certaines tumeurs, afin de tester et identifier les médicaments les plus efficaces pour chaque patient. Les organoïdes hépatiques permettent aussi aux chercheurs d’étudier la toxicité hépatique des médicaments.

La fabrication des organoïdes repose sur des cellules souches, c’est-à-dire des cellules indifférenciées capables de se multiplier et de se différencier en différents types cellulaires (cellules nerveuses ou musculaires par exemple). Il existe plusieurs types de cellules souches.

Les cellules souches embryonnaires, issues des tout premiers stades du développement, peuvent donner naissance à tous les types cellulaires de l’organisme. Leur utilisation implique toutefois la destruction d’un embryon, ce qui soulève des questions éthiques. Les programmes de recherche utilisant ce type de cellules restent minoritaires et sont strictement encadrés par la loi Bioéthique.

Les cellules souches pluripotentes induites (ou iPS), quant à elles, sont obtenues à partir de cellules adultes (comme des cellules de la peau), que l’on reprogramme génétiquement pour leur redonner un état similaire à celui des cellules embryonnaires. « Il s’agit alors de réactiver des gènes et des signaux embryonnaires de dédifférenciation et de prolifération », explique l’Inserm. Ce type de cellules est aujourd’hui le plus utilisé pour fabriquer des organoïdes.

Enfin, les cellules souches multipotentes, directement extraites de certains organes adultes, peuvent aussi être utilisées pour créer des organoïdes. C’est le cas d'organes qui se renouvellent rapidement, comme la peau, l’intestin ou le foie.

Les organoïdes et les modèles animaux sont deux outils indispensables pour la recherche biomédicale. L’intérêt des organoïdes est qu’ils permettent de reproduire le fonctionnement d’un organe humain, alors que les modèles animaux présentent toujours de légères différences. Les organoïdes présentent néanmoins des limites : ils évoluent dans des environnements limités dans lesquels les autres organes n’interagissent pas et toutes les fonctions de l’organe ne sont pas forcément développées. Les modèles animaux ne présentent pas ce biais. Les deux approches sont donc complémentaires. Le développement des organoïdes permet néanmoins de réduire le besoin en modèles animaux. Les chercheurs peuvent par exemple tester la toxicité des médicaments sur ces organoïdes. Si les résultats ne s’avèrent pas concluants, il sera donc inutile de poursuivre les essais sur des modèles animaux.