Pour la première fois, des chercheurs de l'Université de San Diego (Etats-Unis), ont constaté qu'un mini-cerveau humain implanté à une souris, montrait une réaction à un stimulus extérieur : un rai de lumière dans les yeux de l'animal. Jamais auparavant la science n'avait pu attester que la transplantation avait bien permis de créer de nouvelles connexions entre les deux organes. Cette expérience, menée par une équipe, marque une étape de plus dans l'utilisation d'organoïdes humains.
Largement utilisés dans la recherche depuis plusieurs années, les mini-cerveaux, ou organoïdes de cerveaux, sont mis au point en laboratoire à partir de cellules souches pluripotentes. Les cellules de peau humaines, lorsqu'elles sont en culture, peuvent être traitées afin de devenir des cellules souches, le même type de cellules que celles d'un embryon. Ces cellules souches pluripotentes peuvent ensuite devenir n'importe quel type de cellules, comme les cellules d'un embryon qui se diversifient en cellules du cœur, du foie ou en neurones.
« Dans notre laboratoire, nous poussons les cellules souches à devenir des cellules nerveuses grâce à un protocole développé et amélioré depuis plusieurs années. La cellule grandit alors en 3D et forme un organoïde avec certaines caractéristiques d'un cerveau normal, notamment une organisation structurée en couches (de la surface à la profondeur). Au fur et à mesure que les organoïdes se développent en trois dimensions, ils montrent également une organisation en couches, qui restent toutefois bien plus simple que le cortex cérébral réel », explique le Docteur Martin Thunemann, spécialisé en ingénierie biomédicale à l'Université de Boston, à l'origine de ces travaux.
Une fois créé en laboratoire, l'équipe a retiré un petit morceau du cortex de la souris situé dans l'aire visuelle, mais bien plus succinct que toute l'aire visuelle toute entière, afin que les capacités de la souris ne soient pas altérées. L'organoïde a ensuite été implanté dans la partie de cerveau manquante. Moins d'un mois après la transplantation, les chercheurs ont pu voir que des connexions synaptiques fonctionnelles s'étaient développées entre l'organoïde et le reste du cerveau de la souris. Deux mois plus tard, les tissus s'étaient encore mieux intégrés les uns aux autres. Mais la grande avancée de cette expérience a été de pouvoir prouver que les tissus se sont mis à communiquer entre eux : la souris a réagi à un stimulus lumineux, à savoir, un rai de lumière dirigé vers ses yeux. Une première décrite dans la revue Nature Communications.
Concrètement, la souris n'a pas tourné la tête une fois l'ampoule allumée. L'équipe a pu mesurer une réaction dans le cerveau de la souris grâce à des électrodes en graphène, capables de détecter l'activité de l'organe grâce aux ondes cérébrales qu'il émet. « Nous avons vu une réponse au stimulus lumineux, ce qui indique que l'excitation et l'information peuvent circuler de l'œil de la souris jusqu'au cortex et à l'organoïde implanté. Pour cela, le stimulus visuel doit traverser plusieurs connexions synaptiques, dont une, probablement la dernière, entre la souris et les cellules humaines ». A la fin de l'expérience, les souris ont été euthanasiées afin d'observer l'implant et le cortex de la souris. Grâce à une technique appelée immunofluorescence, qui permet de voir certaines structures dans les tissus, l'équipe a pu confirmer qu'il existait bel et bien des synapses entre le cerveau de la souris et les cellules humaines.
Cette avancée pourrait être utilisée dans la recherche médicale. « Nous pourrions générer des organoïdes à partir de cellules de peau saines ou de patients atteints de troubles neuropsychiatriques, comme la dépression, la schizophrénie ou encore la maladie d'Alzheimer. Notre approche expérimentale pourrait nous permettre de mieux observer les différences entre les cellules saines et les cellules malades dans l'organoïde, ainsi que la façon dont le cerveau interagit avec son hôte souris », explique le Docteur Thunemann. Dans un futur plus lointain, l'équipe espère réussir à soigner certaines maladies en créant des tissus sains à partir de cellules souches. Les organoïdes pourraient alors être utilisés afin de restaurer certaines fonctions dans le cerveau, dans les aires endommagées...
Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash
