Des scientifiques cultivent des tissus cérébraux humains en 3D

Des scientifiques de l'Institut de biotechnologie moléculaire de Vienne, en Autriche, ont cultivé des tissus cérébraux humains tridimensionnels à partir de cellules souches. Les tissus forment des structures discrètes que l'on voit dans le cerveau en développement.

Mini cerveau : Un organoïde dérivé de cellules souches contient différentes régions du cerveau. Le vert montre les neurones et le rose/rouge montre les cellules souches neuronales.

Les chercheurs de Vienne ont découvert que les cellules cérébrales immatures dérivées de cellules souches s'auto-organisent en tissus de type cérébral dans les bonnes conditions de culture. Les organoïdes cérébraux, comme les appellent les chercheurs, ont atteint une taille d'environ quatre millimètres et pourraient survivre jusqu'à 10 mois. Pendant des décennies, les scientifiques ont pu prélever des cellules d'animaux, y compris des humains, et les faire croître dans une boîte de Pétri, mais pour la plupart, cela a été fait en deux dimensions, les cellules étant cultivées en couche mince dans des boîtes de Pétri. Mais ces dernières années, les chercheurs ont fait progresser les techniques de culture tissulaire afin que le tissu cérébral tridimensionnel puisse se développer en laboratoire. Le nouveau rapport de l'équipe autrichienne démontre que permettre aux cellules cérébrales immatures de s'auto-organiser produit certains des tissus cérébraux les plus grands et les plus complexes cultivés en laboratoire, avec des sous-régions distinctes et des signes de neurones fonctionnels.

le travail , Publié dans La nature mercredi, est la dernière avancée dans un domaine axé sur la création de cultures tissulaires plus réalistes de neurones et de cellules apparentées pour étudier la fonction cérébrale, la maladie et la réparation. Avec un système de modèle de cellules cultivées qui imite l'architecture naturelle du cerveau, les chercheurs seraient en mesure d'examiner comment certaines maladies surviennent et de dépister les médicaments potentiels pour la toxicité et l'efficacité dans un cadre plus naturel, dit Anja Kunze , neuro-ingénieur à l'Université de Californie à Los Angeles, qui a développé des cultures de tissus cérébraux en trois dimensions pour étudier la maladie d'Alzheimer.

Les chercheurs autrichiens ont amené des neurones cultivés à adopter une organisation tridimensionnelle en utilisant des matériaux d'échafaudage respectueux des cellules dans les cultures. L'équipe a également laissé les progéniteurs des neurones contrôler leur propre destin. Les cellules souches ont une incroyable capacité à s'auto-organiser, a déclaré la première auteure de l'étude, Madeline Lancaster, lors d'un point de presse mardi. D'autres groupes ont également récemment réussi à permettre aux cellules progénitrices de s'auto-organiser, ce qui a conduit à des rapports sur des structures oculaires primitives, des bourgeons hépatiques, etc. (voir Growing Eyeballs and A Rudimentary Liver Is Grown from Stem Cells).

Le tissu cérébral a formé des régions discrètes trouvées dans le cerveau humain en développement précoce, y compris des régions qui ressemblent à des parties du cortex, de la rétine et des structures qui produisent le liquide céphalo-rachidien. Lors de la conférence de presse, l'auteur principal Jürgen Knoblich a déclaré que bien qu'il y ait eu de nombreuses tentatives pour modéliser le tissu cérébral humain dans une culture utilisant des cellules humaines, l'organe humain complexe s'est avéré difficile à reproduire. Knoblich dit que le proto-cerveau ressemble au stade de développement du cerveau d'un fœtus de neuf semaines.

Alors que le groupe de Knoblich se concentre sur les questions de développement, d'autres groupes développent des cultures de tissus cérébraux en trois dimensions dans l'espoir de traiter les maladies dégénératives ou les lésions cérébrales. Un groupe du Georgia Institute of Technology a développé une culture neuronale tridimensionnelle pour étudier les lésions cérébrales, dans le but d'identifier des biomarqueurs qui pourraient être utilisés pour diagnostiquer des lésions cérébrales et des cibles médicamenteuses potentielles pour des médicaments pouvant réparer les neurones blessés. Il est important d'imiter autant que possible l'architecture cellulaire du cerveau, car la réponse mécanique de ce tissu dépend beaucoup de sa structure en 3D, explique un ingénieur biomédical. Michelle La Placa de Georgia Tech. Les agressions physiques sur les cellules dans une culture en trois dimensions mettront l'accent sur les connexions entre les cellules et le matériel de support connu sous le nom de matrice extracellulaire, dit-elle.

D'autres chercheurs développent des cultures de tissus cérébraux en trois dimensions pour aborder des questions fondamentales sur le fonctionnement du cerveau. Utkan Demirci , ingénieur biomédical à la Harvard Medical School et diplômé de 2006 Examen de la technologie du MIT Innovator Under 35 , a rapporté plus tôt cette année que les techniques de microfabrication ont permis à son groupe de construire des cultures de neurones en trois dimensions. Le laboratoire de Demirci utilise maintenant des enregistrements électriques et d'autres études fonctionnelles pour montrer qu'il existe une activité synaptique parmi les neurones. Lorsque vous cultivez ces cellules en trois dimensions, les bras des neurones peuvent s'étendre comme ils le font dans les tissus natifs et créer un circuit, dit-il. Une fois que nous avons montré qu'ils sont fonctionnels, nous pouvons faire beaucoup d'études intéressantes avec eux, y compris explorer des études de cartographie du cerveau.

Après avoir confirmé le succès de leurs méthodes avec des cellules souches de souris, Knoblich, Lancaster et leurs collègues ont utilisé ces méthodes pour étudier un trouble génétique du développement humain qui provoque une microcéphalie, une maladie dans laquelle la taille du cerveau est considérablement réduite et associée à de graves troubles cognitifs. L'équipe a travaillé avec un neurologue pédiatrique pour obtenir des cellules de peau d'un patient atteint de microcéphalie. À partir de ces cellules, l'équipe a créé des cellules souches pluripotentes induites (voir TR10 : Engineered Stem Cells ). Les chercheurs ont ensuite reprogrammé génétiquement ces cellules en neurones primitifs et, en quelques étapes, les ont cultivées en un organoïde cérébral dans lequel ils ont pu glaner des indices sur l'origine de la maladie.

À l'avenir, l'équipe aimerait utiliser le système du tissu cérébral pour étudier la schizophrénie et l'autisme, des troubles cognitifs généralement diagnostiqués chez les adolescents ou les adultes, mais dont on pense qu'ils commencent au début du développement du cerveau.

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