Un nouveau système de culture sans coquille révèle le développement embryonnaire du poulet

Le monde regorge d’oiseaux : ils chantent, battent des ailes, trottinent d’un pas chaloupé ; ils sont couverts de plumes, dotés d’un bec et armés de griffes. Ces animaux d’une diversité remarquable, plus proches descendants vivants des majestueux dinosaures, se sont installés avec succès aux quatre coins de la planète.

Pourtant, une partie de leur reproduction reste encore difficile à percer : le temps durant lequel les poussins se forment à l’abri, enfermés dans des coquilles opaques, en passant d’un zygote à un oisillon prêt à éclore, avant d’achever sa croissance jusqu’à l’âge adulte sous les soins attentifs de ses parents.

Un objectif longtemps poursuivi en biologie du développement aviaire vient désormais d’être atteint. Une équipe de scientifiques a mis au point un système de culture d’œufs qui remplace la coquille opaque des œufs de poules domestiques White Leghorn (Gallus domesticus), rendant possible l’observation du développement embryonnaire de l’oiseau presque du début à la fin.

Leur système de culture sans coquille a si bien fonctionné que plusieurs poussins ont effectivement éclos au terme de la période d’incubation habituelle, puis ont grandi pour devenir des poulets normaux.

Des décennies de tentatives pour une culture sans coquille (SLCS)

Depuis des décennies, les scientifiques cherchent à créer un système de culture sans coquille - un shell-less culture system (SLCS) - permettant de suivre le développement d’un embryon d’oiseau. Une approche antérieure prometteuse, décrite pour la première fois en 2014, consistait à laisser l’embryon se développer dans l’œuf pendant trois jours (une étape nécessaire à sa survie), puis à le transférer dans un récipient de culture protégé par une feuille de film alimentaire en polyméthylpentène.

Mais ce dispositif n’était pas idéal : les poussins n’arrivaient pas à se développer normalement, ce qui faisait chuter fortement le taux d’éclosion.

Le rôle de la membrane vitelline et du blastoderme

Katsuya Obara, vétérinaire et chercheur à l’Okayama University of Science - pionnier de la méthode précédente -, a dirigé avec sa collègue Chizuka Obara une équipe qui a levé l’un des obstacles empêchant un développement normal et l’éclosion.

Dans le récipient de culture, la membrane vitelline du jaune, censée protéger la couche de cellules située en périphérie de l’embryon et appelée blastoderme, avait tendance à se dessécher. Les chercheurs soupçonnaient que cette déshydratation pouvait perturber le développement embryonnaire normal.

Le réglage clé : un agitateur rotatif à 7 degrés (6, 10 et 28 tr/min)

Pour empêcher le dessèchement de la membrane, l’équipe a placé le récipient de culture sur un agitateur rotatif conçu pour créer un mouvement continu, généralement utilisé pour homogénéiser des mélanges. La plaque supérieure de l’appareil a été inclinée à 7 degrés, puis l’expérience a été menée avec différents réglages : 6 rotations par minute, 10 rotations par minute et 28 rotations par minute.

Ce mouvement constant a permis de maintenir un flux continu d’albumen, évitant ainsi le dessèchement de la membrane. En revanche, le développement et la survie jusqu’à 10 jours ont varié selon la vitesse.

À 6 rotations par minute, le taux de survie était le plus élevé, mais tous les embryons présentaient des signes de retard de développement.

À 10 rotations par minute, la survie baissait légèrement et certains embryons développaient des anomalies, mais la survie des embryons normaux restait solide.

Et à 28 rotations par minute, tous les embryons présentaient des anomalies incompatibles avec la survie au plus tard au 10e jour.

Oxygène, carbonate de calcium et « secousses » manuelles

Une fois 10 rotations par minute identifiées comme le meilleur compromis entre survie et développement, les chercheurs ont testé l’ajout d’oxygène aux embryons au-delà du cap des 10 jours, à plusieurs moments différents. Même si l’apport d’oxygène est nécessaire, le moment précis de cet ajout n’a pas vraiment d’effet sur le développement embryonnaire.

Enfin, ils ont reproduit l’expérience avec 10 rotations par minute, un apport d’oxygène et une légère adjonction de poudre de carbonate de calcium (le matériau dont est faite la coquille), mais en y ajoutant cette fois un « dandinement » supplémentaire du récipient, réalisé à la main. Cette manipulation était effectuée trois à cinq fois toutes les 3 à 10 heures, durant les 24 à 48 premières heures de culture sans coquille.

C’est cette variante qui a donné le meilleur taux d’éclosion de poussins normaux. À 10 rotations par minute, avec ajout d’oxygène, le taux d’éclosion atteignait 3.3 percent. En ajoutant le mouvement de va-et-vient à la main, il est monté à 10.5 percent.

Un des poussins éclos a été élevé pendant un an, puis euthanasié et disséqué. Il ne présentait aucune anomalie. Le système a donc fait ses preuves : il offre littéralement une fenêtre pour observer le développement du poulet jusqu’au moment de l’éclosion.

"The development of visible-cSLCSs has opened new possibilities by facilitating omnidirectional real-time monitoring of the phenotypic outcomes of experimental treatments through a transparent plastic film from blastoderm stage embryos until hatching," écrivent les chercheurs dans leur article.

"This system will serve as a powerful tool in various disciplines, such as toxicology, stem cell research, bioimaging, and regenerative medicine."

Les résultats de l’équipe ont été publiés dans Scientific Reports.