Gamétogenèse in vitro : des cellules iPS amorcent une méiose hors du corps

Des chercheurs du Wyss Institute de l’université Harvard et de la Harvard Medical School ont mis au point une méthode in vitro qui permet la différenciation des cellules souches pluripotentes induites (iPS) selon le processus de la méiose[1]. En introduisant dans les iPS un « cocktail de gènes » qui active des programmes d’expression génétique spécifiques à la méiose, ainsi que des substances qui « modifient le traitement des signaux dans les cellules », les scientifiques sont parvenus à observer des cellules humaines vivantes entamer la méiose en dehors du corps[2]. Leurs travaux ont été publiés dans la revue Science Advances[3].

« Nous sommes désormais en excellente position pour trouver également les moyens de guider les cellules tout au long des étapes restantes de la méiose, ce qui permettrait de modéliser un certain nombre de défauts et de créer des gamètes sains pour les personnes qui ne peuvent pas y parvenir efficacement par elles-mêmes », affirme George Church, responsable de l’équipe (cf. DPI : une start-up propose de séquencer le génome entier des embryons).

Un « raccourci » vers la méiose

« Pour créer des ovules et des spermatozoïdes, nous devons être capables de guider les cellules tout au long des divisions cellulaires méiotiques », explique Merrick Pierson Smela, premier auteur de l’étude. Dans l’organisme, les cellules précurseurs des ovules et des spermatozoïdes passent par un stade appelé « cellule germinale primordiale » (PGC[4]) avant d’entrer en méiose. Les méthodes de culture cellulaire précédentes permettaient d’atteindre l’état PGC, mais les cellules de type PGC obtenues ne parvenaient pas à réaliser la méiose (cf. Des chercheurs génèrent des précurseurs de gamètes humains à partir d’iPS). « Notre protocole contourne entièrement l’état PGC afin de simplifier considérablement le processus de déclenchement de la méiose », indique le chercheur.

Pour activer ce « raccourci » et atteindre la méiose, l’équipe a identifié des combinaisons de gènes qui, lorsqu’elles sont activées dans les cellules, provoquent le déclenchement de la méiose[5]. Les chercheurs ont par ailleurs modifié des cellules souches pour qu’elles deviennent fluorescentes lorsqu’elles commencent à effectuer la méiose. Ils ont ensuite activé des combinaisons de gènes susceptibles de jouer un rôle dans la méiose et constaté que, pour certaines de ces combinaisons, les cellules sont devenues fluorescentes.

Les scientifiques ont également découvert que l’ajout de deux substances chimiques[6] au milieu de culture augmentait encore l’efficacité de l’entrée en méiose.

Plusieurs étapes franchies

Les cellules ont « efficacement » franchi les deux premières étapes de la méiose (leptotène et zygotène) en environ 12 jours, période pendant laquelle « elles se condensent considérablement » et où les chromosomes correspondants de la mère et du père s’apparient. Au 15e jour, quelques cellules ont atteint la troisième phase (pachytène), au cours de laquelle les chromosomes appariés échangent des informations, mais elles n’ont pas progressé davantage.

Les chercheurs travaillent actuellement à « optimiser » leur système afin de permettre aux cellules de mener à bien l’ensemble du processus de méiose.

Plus de signatures ovariennes, « même à partir d’iPS mâles »

Les cellules mâles et femelles dérivées d’iPS mâles et femelles sont entrées plus efficacement en méiose lorsqu’elles ont été cultivées à 34 °C, la température des testicules, plutôt qu’à 37 °C, la température corporelle. Le fait que des températures plus basses aient également aidé les cellules femelles a surpris les chercheurs.

En outre, la plupart présentaient des signatures de cellules ovariennes et moins de cellules testiculaires, ce qui suggère que les conditions mises en œuvre activaient préférentiellement un programme de différenciation des ovules, « même à partir d’iPS mâles ».

Une nouvelle start-up dédiée à la gamétogenèse in vitro

Selon Merrick Pierson Smela envisage comme applications « à court terme » le développement de contraceptifs masculins et le test de nouveaux médicaments candidats pour détecter d’éventuelles toxicités reproductives. Mais, il se déclare « enthousiasmé par le potentiel de cette technologie pour résoudre l’infertilité en cultivant des ovules et des spermatozoïdes sains pour les personnes qui en ont besoin » (cf. Gamétogenèse in vitro : la HFEA recommande une règlementation « plus explicite »).

Le chercheur est impliqué en tant que directeur scientifique d’Ovelle Bio, une start-up dédiée à la gamétogenèse in vitro que George Church soutient en tant que conseiller scientifique[7].

Le mirage de « normes éthiques »

La gamétogenèse in vitro fait actuellement l’objet d’une course entre les équipes de chercheurs (cf. « Unibébés », « bébés multiplex », ou issus biologiquement de deux parents de même sexe : « Les gens ne se rendent peut-être pas compte de la rapidité avec laquelle la science évolue »). Dans ce contexte, certains prétendent proposer un « cadre » à cet emballement. Ainsi, deux universitaires de l’université de Sheffield, Sara Fovargue et Laura O’Donovan, membres du projet « Future of Human Reproduction » ont collaboré avec le Nuffield Council on Bioethics pour rédiger un rapport présentant les questions juridiques, éthiques et politiques soulevées par la gamétogenèse in vitro[8].

Alors que ces recherches suscitent « un intérêt commercial et des investissements considérables » (cf. Des start-ups dans la course aux gamètes artificiels), le rapport souligne qu’« il est important que les cadres réglementaires ne prennent pas de retard par rapport aux avancées scientifiques, comme cela a été le cas pour d’autres biotechnologies ». « Nous avons aujourd’hui l’occasion d’élaborer et de mettre en œuvre des cadres de gouvernance proactifs qui garantissent une recherche responsable, préservent la confiance du public et respectent les normes éthiques », veut rassurer Laura O’Donovan.

Mais est-il possible de proposer des « normes éthiques » pour des recherches qui ouvrent la porte à toutes les transgressions ? Comme le rappelle le professeur René Ecochard, spécialiste de la biologie de la reproduction, « la situation actuelle de la recherche incite à appeler à rediscuter le postulat qui est posé par nos sociétés en matière de transmission de la vie : l’absence supposée de conséquence néfaste de la conception d’un enfant en dehors du cadre de l’union intime. En introduisant la pratique de la fécondation in vitro, notre société a pris le risque de produire des enfants. » (cf. Vers la ‘production’ d’enfants nés de deux pères)

[1] Processus de double division cellulaire qui conduit à la fabrication de de gamètes

[2] Phys.org, Benjamin Boettner, Lab-grown stem cells initiate key steps of human egg and sperm formation (17/08/2025)

[3] Merrick Pierson Smela et al, Initiation of meiosis from human iPSCs under defined conditions through identification of regulatory factors, Science Advances (2025). DOI: 10.1126/sciadv.adu0384

[4] primordial germ cell

[5] Les chercheurs ont découvert trois gènes régulateurs, BOLL, MEIOC et HOXB5, qui peuvent chacun activer la méiose dans leur système. Les deux premiers étaient déjà connus pour réguler la méiose, mais le rôle de HOXB5 était « inattendu ». De plus, le gène BCL2, qui stabilise les mitochondries, était nécessaire pour empêcher la mort cellulaire programmée pendant l’induction de la méiose

[6] un composé mimétique synthétique de la vitamine A et un inhibiteur de la méthylation de l’ADN

[7] En 2023 le chercheur avait développé des organoïdes ovariens (ovaroïdes, cf. Un premier organoïde d’ovaire entièrement humain). Pour les chercheurs, « les ovaroïdes ou les environnements tissulaires artificiels similaires pourraient à terme aider les gamètes ayant achevé leur méiose à mûrir davantage ».

[8] Medical Xpress, University of Sheffield, In vitro gametogenesis ethical and policy questions reviewed in report (28/08/2025)