Culture d’un mini cerveau qui peut contracter des muscles

Des chercheurs ont développé un minuscule cerveau qui se relie à la moelle épinière d’une souris et aux muscles environnants. L’organoïde cérébral de la taille d’un petit pois a envoyé des signaux à la moelle épinière qui ont provoqué la contraction du tissu musculaire, ce qui suggère qu’une plateforme similaire pourrait être utilisée pour étudier les maladies motrices neurales.

C’est l’une des étapes les plus avancées de la croissance du cerveau que les scientifiques ont atteintes en laboratoire. Tout a commencé à partir de cellules souches humaines, des cellules de base qui peuvent devenir presque n’importe quel type de cellule de l’organisme, qui se sont développées en une minuscule boursouflure. Ce “blob” ressemble au cerveau d’un fœtus humain de 12 semaines dans la structure et la variété des neurones. Selon les scientifiques du Laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council de Cambridge (Angleterre), qui a dirigé la recherche, l’organoïde cérébral produit en laboratoire est composé de quelques millions de neurones. À titre de comparaison, le cerveau humain adulte possède jusqu’à 90 milliards de neurones.

La croissance de tissus sophistiqués, comme ceux qui se trouvent dans le cerveau humain, est pleine de défis. Le plus grand obstacle auquel sont confrontés les chercheurs est l’apport de nutriments à l’organoïde du cerveau une fois qu’il a dépassé une phase-clé de son développement. Auparavant, des organoïdes similaires mouraient parce que les neurones du centre étaient privés de leur apport en nutriments et en oxygène. Dans la nouvelle recherche, des chercheurs britanniques ont coupé l’organoïde en tranches d’un demi-millimètre d’épaisseur seulement, qu’ils ont placés sur une membrane plate dans un liquide riche en nutriments. Cette configuration a permis à l’organoïde d’accéder aux nutriments par le bas et à l’oxygène par l’air du dessus, ce qui lui a permis de se développer pendant plus d’un an et d’atteindre un degré de sophistication supérieur aux précédentes tentatives.

Les chercheurs ont également ajouté une section d’un millimètre de long d’une moelle épinière, avec le tissu musculaire qui l’entoure, prélevée d’un embryon de souris à l’organoïde du cerveau. Les cellules du cerveau se sont automatiquement reliées à la moelle épinière et ont commencé à envoyer des impulsions électriques qui ont provoqué des contractions musculaires. La vidéo ci-dessous montre ce moment.

Vidéo des contractions musculaires évoquées. L’organoïde cérébral est stimulé à intervalles réguliers, l’envoi d’un signal à la moelle épinière, qui relaie l’information au muscle pour le contracter. (Laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council)

À l’avenir, les scientifiques sur le terrain pourraient utiliser une configuration similaire pour étudier les systèmes nerveux et les maladies des motoneurones comme l’épilepsie et la schizophrénie. Pouvoir répondre à des questions très précises sur ce qui ne va pas dans le contexte de la maladie psychiatrique est une perspective passionnante pour de nombreux chercheurs dans ce domaine. Mais il reste encore beaucoup de travail à faire avant que cela puisse se produire sur le plan pratique.

Selon Jeff Lichtman, professeur Jeremy R. Knowles de biologie moléculaire et cellulaire à l’université Harvard (États-Unis) :

Si la compréhension complète du cerveau est à un kilomètre, nous avons marché au moins 15 cm. Vous regardez la structure réelle du cerveau ou même un organoïde et c’est extraordinairement compliqué. C’est beaucoup plus compliqué que tout ce que les humains ont jamais construit. C’est un peu humiliant.

Ailleurs, à l’université de Singapour, des chercheurs ont cultivé des organoïdes qui imitent la moelle épinière en développement et qui peuvent être utilisés pour étudier des maladies neurodégénératives comme l’atrophie musculaire spinale et la sclérose latérale amyotrophique.

L’étude publiée dans Nature Neuroscience : Cerebral organoids at the air–liquid interface generate diverse nerve tracts with functional output et présentée sur le site du Medical Research Council’s Laboratory of Molecular Biology : Cerebral organoids at the air-liquid interface generate nerve tracts with functional output.