Un organoïde cérébral humain implanté dans un cerveau de rat

Un organoïde humain transplanté marqué par une protéine fluorescente dans une section du cerveau d’un rat.

Faire pousser une petite boule de neurones humains de la taille d’une tête d’épingle dans une boîte de Petri est devenu un acte routinier pour nombre de laboratoires dans le monde. Désignées sous le nom d’organoïdes de cerveau, ces cultures en 3D de tissus cérébraux vivants ont ouvert une nouvelle ère dans la recherche sur l’encéphale humain. Mais jusqu’où peut-on aller lorsqu’il s’agit de créer un modèle de cerveau en laboratoire ?

Récemment, des chercheurs américains ont poussé encore plus loin le potentiel de maturation de ces organoïdes en les transplantant dans les cerveaux de rats nouveau-nés, ensuite rapidement colonisés par les cellules humaines. Un outil inédit pour l’étude des maladies neuropsychiatriques de l’homme et pour tester de nouveaux traitements, selon les chercheurs. Mais il pose aussi une série de questions éthiques.

Tout a commencé par un prix Nobel, remis il y a dix ans au chercheur japonais Shinya Yamanaka pour sa découverte d’une recette magique : la transformation de cellules humaines adultes (de peau par exemple) en cellules pluripotentes – c’est-à-dire en cellules souches capables de récapituler toutes les lignées cellulaires du corps – à l’aide de facteurs moléculaires. A partir de ces cellules souches, en modifiant leur environnement, les scientifiques étaient capables d’obtenir une variété de lignées. La course aux organoïdes était lancée : intestin, rein, foie, rétine, mais aussi différentes régions du système nerveux – dont le cortex.

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« Nous voulons comprendre les maladies psychiatriques ancrées dans le cerveau à un niveau moléculaire, pour trouver des traitements. Mais le cerveau est un organe difficile d’accès, explique aujourd’hui Sergiu Pasca, chercheur et médecin de l’université Stanford, en Californie. En construisant un modèle non invasif du cerveau humain, nous pouvons relever ce défi. »

Les organoïdes présentent actuellement quelques limitations en laboratoire. « Nous n’observons pas la même connectivité entre les neurones ni la même taille de cellules que dans le cerveau humain, continue le scientifique. C’est pourquoi nous avons décidé de transplanter ces organoïdes dans le cortex somato-sensoriel de rats nouveau-nés, lorsque le système nerveux des rongeurs est encore en maturation. » Cette région du cortex reçoit les informations provenant de la surface du corps (toucher, chaud, froid, douleur, etc.) et, notamment chez les rongeurs, des moustaches, appelées vibrisses.

Pas de stress chez les rats

Les résultats de cette expérience, publiés le 12 octobre dans la revue Nature, ont montré que la connectivité entre cellules nerveuses humaines était bien plus importante, et que ces neurones plus matures étaient six fois plus grands dans la tête de rat, comparés aux organoïdes dans les boîtes de Petri. Après deux cent cinquante jours dans le cerveau de l’animal, les neurones d’organoïdes occupaient près d’un tiers de l’hémisphère cérébral.

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