Des modèles miniatures de laboratoire de la surface ridée du cerveau humain peuvent être utilisés pour réparer les blessures dans le cerveau des rats vivants et ainsi réparer les connexions rompues dans les systèmes de traitement sensoriel des rongeurs, selon une nouvelle étude. Un jour, de tels mini-cerveaux – connus sous le nom d’organoïdes cérébraux – pourraient également être utilisés pour réparer le cerveau de patients humains, proposent les auteurs de l’étude.
« Je vois cela comme la première étape dans l’élaboration d’une nouvelle stratégie pour réparer le cerveau , » a dit Dr Han-Chiao Isaac Chen (s’ouvre dans un nouvel onglet) l’auteur principal de l’étude et professeur adjoint de neurochirurgie à l’Université de Pennsylvanie Perelman School of Medicine.
À terme, les organoïdes pourraient être utilisés pour restaurer la fonction cérébrale à la suite d’une blessure traumatique, d’une chirurgie invasive ou accident vasculaire cérébral ou pour aider à lutter contre les effets des maladies neurodégénératives, telles que Parkinson , a déclaré Chen à Live Science. Cependant, nous sommes à de nombreuses années de l’application de la technologie chez l’homme, a-t-il déclaré.
Dans leur nouvelle étude, publiée jeudi 2 février dans la revue Cellule Cellule Souches (s’ouvre dans un nouvel onglet) Chen et ses collègues ont démontré que les organoïdes cérébraux issus d’humains cellules souches peut être transplanté dans le cortex visuel d’un rat blessé, où les informations provenant des yeux sont d’abord envoyées pour traitement.
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Lorsque la lumière frappe la rétine dans l’œil, un message électrique se dirige vers le cortex visuel « primaire », qui commence à analyser les caractéristiques de base de tout ce qui se trouve devant l’œil. Ces données sont ensuite transmises au cortex visuel « secondaire », ce qui pousse l’analyse un peu plus loin. Dans la nouvelle étude, des rats adultes ont subi une blessure majeure au cortex visuel secondaire, et les chercheurs ont essentiellement utilisé un organoïde pour boucher le trou résultant dans le cerveau.
Dans des recherches antérieures, les scientifiques ont transplanté des cellules cérébrales individuelles chez des rongeurs sains d’âges variés et des organoïdes dans le cerveau de très jeunes rongeurs indemnes ; en transplantant des organoïdes chez des rats plus âgés et blessés, cette étude signale une autre étape vers l’utilisation d’organoïdes pour réparer les lésions cérébrales, a déclaré Chen.
L’équipe a développé ses organoïdes à partir d’un type de cellule souche humaine qui peut donner naissance à de nombreux types de cellules. Pendant 80 jours, les chercheurs ont utilisé des signaux chimiques pour amadouer ces cellules souches en amas 3D contenant de nombreux types de cellules, mais pas tous, présents dans le cortex cérébral humain, la couche externe ridée du cerveau. Le cortex contient six couches distinctes de tissus, et au jour 80, les organoïdes cultivés en laboratoire portaient des couches similaires, mais quelque peu rudimentaires.
« Cette structure est vraiment très importante pour définir le fonctionnement réel du cerveau », a déclaré Chen à propos de l’architecture 3D des organoïdes. Cependant, bien que les amas de tissus ressemblent à un vrai cortex à bien des égards, « ils ne sont en aucun cas parfaits », a-t-il ajouté.
Pour transplanter chaque organoïde dans un cerveau de rat, l’équipe a prélevé un morceau du crâne de chaque rongeur, placé l’organoïde à l’intérieur et scellé le trou avec un capuchon protecteur. Les rats ont reçu des médicaments immunosuppresseurs pendant et après la procédure, pour empêcher leur corps de rejeter la greffe.
Au cours des trois mois suivants, les rats vaisseaux sanguins infiltré les organoïdes, et à leur tour, les cellules des organoïdes se sont physiquement entrelacées avec le reste des systèmes de traitement visuel des rongeurs.
Les organoïdes ont grossi légèrement pendant cette période, gagnant de nouvelles cellules et étendant les fils pour se relier aux cellules cérébrales des rats. Les chercheurs ont cartographié ces nouvelles connexions à l’aide d’un traceur fluorescent, ce qui a révélé que les organoïdes s’étaient connectés avec succès à la rétine via ce réseau de fils. De plus, les chercheurs ont montré aux rats des stimuli visuels – y compris des lumières clignotantes et des barres noires et blanches sur un écran – et ont découvert que leurs organoïdes s’activaient en réponse, comme on s’y attendrait d’un cortex visuel intact.
L’équipe n’a pas effectué de tests de vision ou de comportement sur les rats pour étudier comment leur capacité à voir a changé après leurs blessures ou leurs procédures de transplantation. Les chercheurs travaillent actuellement sur de telles évaluations. À l’avenir, ils prévoient de tester si les organoïdes peuvent être intégrés de la même manière dans d’autres parties du cerveau, telles que le cortex moteur, qui contrôle le mouvement, et d’étudier quels facteurs contrôlent la vitesse et l’étendue de cette intégration.
De plus, l’équipe espère améliorer les organoïdes cérébraux afin qu’ils imitent mieux un vrai cerveau humain. « Nous voulons un substrat qui reproduit plus fidèlement à quoi ressemble le cerveau », car en théorie, cela devrait rendre les organoïdes plus utiles pour les futures réparations cérébrales, a déclaré Chen.
