Des scientifiques australiens et anglais ont développé des cerveaux humains miniatures dans des tubes à essai et des boites de culture. Ils leur permettront de voir comment ces organes se développent dans l’utérus et ils espèrent également s’en servir pour améliorer leur compréhension des problèmes neurologiques et mentaux.

De quelques millimètres de diamètre, ces “organoides cérébraux” sont constitués de couches de cellules du cerveau avec des aires définies qui ressemblent à celles observées chez les cerveaux embryonnaires immatures.

Les scientifiques précisent que les organoides seront utiles pour les biologistes qui veulent analyser les conditions à l’apparition de maladies mentales comme la schizophrénie ou l’autisme. Bien que celles-ci soient généralement diagnostiquées chez des personnes d’âge mûr, certains des défauts sous-jacents surviennent pendant les premiers stades de développement du cerveau.

À l’heure actuelle les essais de médicaments sont réalisés sur des animaux de laboratoire ou des cellules humaines isolées, ainsi les nouveaux organoides pourraient également permettre aux pharmacologues de tester des médicaments dans un contexte biologique se rapprochant davantage de l’humain.

Cette dernière prouesse réalisée par l’Institut de biotechnologie moléculaire de Vienne a débuté par des cellules souches pour les faire se développer en cellules du cerveau dans une matrice gélatineuse nourrissante qui recrée les conditions similaires à celles trouvées dans l’utérus humain. Après plusieurs mois les cellules ont formé des sphères mesurant environ 3 à 4 mm de diamètre.

Ci-dessous, description des 15 premiers jours de développement vers le premier tissus cérébral à partir de cellules souches.

Selon Madeline Lancaster (Institute of Molecular Biotechnology – Académie des sciences Australienne), principale auteure de l’étude publiée cette semaine (lien plus bas) :

Les organoïdes cérébraux présentent des zones qui ressemblent à différentes aires du début du développement du cerveau humain, notamment l’identité du cortex dorsal. Celui-ci représente la plus grande partie du cerveau humain. Ils comprennent également les régions ventrales antérieures du cerveau et même la rétine immature.

Les tests sur les cellules du cerveau dans les structures ont montré qu’ils étaient fonctionnels.

Un des organoïdes, ou minuscule ‘cerveau’, qui mesure à peine 4mm de diamètre. (Madeline un Lancaster/PA)

Pour montrer qu’elle pourrait être l’efficacité des organites dans les troubles du cerveau, les chercheurs de l’Institut de biotechnologie moléculaire de Vienne ont fait équipe avec des neurologues de l’Université d’Édimbourg pour cultiver des tissus du cerveau qui adoptaient le modèle d’une maladie entrainant une anomalie du développement, la microcéphalie. Les sujets atteints développent un cerveau d’une taille beaucoup plus petite que la normale, ce qui conduit à un handicap mental. Les chercheurs ont tout de suite remarqué que les organoîdes, dérivés des cellules de patients souffrant de microcéphalie, étaient beaucoup plus petites que les organoides dérivés du contrôle (des cellules saines).

La raison serait que les cellules souches du cerveau subissent, normalement, plusieurs cycles de division cellulaire avant de se transformer enfin en cellules du cerveau. Mais dans la microcéphalie, les cellules souches commencent leur transformation bien plus tôt que prévu, ce qui conduit à un appauvrissement du nombre total de cellules du cerveau. Il y aurait une origine génétique.

Maintenant, les chercheurs projettent de développer de plus gros organoïdes pour une modélisation supérieure des maladies du cerveau. Les “mini-cerveaux” actuels ne font que quelques millimètres dans leurs boites de culture, car les nutriments et l’oxygène ne peuvent pas atteindre le centre des organoïdes lors de leur développement. Pour être plus gros, ils devront être approvisionnés en leur centre par du sang.

Les scientifiques précisent qu’ils ont très peu de chance d’atteindre la complexité requise pour modéliser la cognition ou toute autre fonction du cerveau supérieur, et le but de la recherche n’était pas de cultiver des pièces de rechange du cerveau ou un entier. Et quand bien même ils y arriveraient, c’est une partie de notre bien trop complexe pour être remplacée comme un vulgaire cœur…

L’étude publiée sur Nature : Cerebral organoids model human brain development and microcephaly.