Des mini-cerveaux cultivés en laboratoire produisent des ondes cérébrales semblables à celles de bébés prématurés
Dans ce qui pourrait être une découverte importante pour comprendre le développement du cerveau humain, un groupe de scientifiques a créé des cerveaux miniatures à partir de cellules souches qui ont développé un réseau neuronal fonctionnel.
Ces cerveaux produits en laboratoire sont les premiers à produire des ondes cérébrales qui ressemblent à celles des prématurés, bien qu’ils soient un million de fois plus petits que le cerveau humain, selon l’étude.
Pour Alysson Muotri, biologiste à l’université de Californie à San Diego :
Le niveau d’activité neuronale que nous observons est sans précédent in vitro. Nous nous rapprochons d’un modèle capable de générer ces premières étapes d’un réseau neuronal sophistiqué.
Les cerveaux de la taille d’un pois, appelés organoïdes, sont issus de cellules souches pluripotentes humaines. En les plaçant dans une culture qui imite l’environnement du développement du cerveau, les cellules souches se différencient en plusieurs types de cellules cérébrales et s’organisent en une structure 3D qui ressemble au cerveau humain en développement.
Organoïdes cérébraux de la taille d’un pois à l’âge de 10 mois. (Muotri Lab/ UCTV)
Les chercheurs ont réussi à cultiver des organoïdes dont les structures cellulaires sont semblables à celles du cerveau humain. Cependant, aucun des modèles précédents n’a développé de réseaux neuronaux fonctionnels de type humain. Ces derniers apparaissent lorsque les neurones sont matures et interconnectés, et ils sont essentiels à la plupart des activités cérébrales.
Selon Muotri :
Vous pouvez utiliser les organoïdes du cerveau pour plusieurs choses, y compris comprendre le neurodéveloppement humain normal, la modélisation des maladies, l’évolution du cerveau, le dépistage des drogues, et même pour étayer notre intelligence artificielle.
L’équipe a conçu une meilleure méthode de culture des cellules souches, notamment en optimisant la formule du milieu de culture. Ces ajustements ont permis à leurs organoïdes de devenir plus matures que les modèles précédents. Ils ont cultivé des centaines d’organoïdes pendant 10 mois et ils ont utilisé des réseaux multi-électrodes pour surveiller leurs activités neurales.
Coupe transversale d’un organoïde du cerveau. Chaque couleur marque un type différent de cellule du cerveau. (Muotri Lab/ UCTV)
Afin de comparer la structure des ondes cérébrales des organoïdes à celle des cerveaux humains au début de leur développement, l’équipe a mis au point un algorithme d’apprentissage machine à partir des ondes cérébrales de 39 bébés prématurés âgés de 6 mois et 9 mois et demi, enregistrés.
L’algorithme a pu prédire pendant combien de semaines les organoïdes se sont développées en culture, ce qui suggère que ces organoïdes et le cerveau humain partagent une courbe de croissance semblable. Cependant, il est peu probable que ces organoïdes aient une activité “mentale”, comme la conscience.
Il se peut qu’à l’avenir, nous obtenions quelque chose de très proche des signaux du cerveau humain qui contrôlent les comportements, les pensées ou la mémoire. Mais je ne pense pas que nous ayons de preuves pour dire que nous en avons.
L’équipe vise maintenant à améliorer les organoïdes et à les utiliser pour comprendre les maladies associées aux dysfonctionnements du réseau neuronal, comme l’autisme, l’épilepsie et la schizophrénie.
Toujours selon M. Muotri :
En tant que scientifique, je veux me rapprocher de plus en plus du cerveau humain. Je veux faire ça parce que je vois le bon côté des choses. Je peux aider les personnes atteintes de troubles neurologiques en leur offrant de meilleurs traitements et une meilleure qualité de vie. Mais c’est à nous de décider où est la limite.
L’étude publiée dans journal Cell Stem Cell / Self-Organized Synchronous Calcium Transients in a Cultured Human Neural Network Derived from Cerebral Organoids et présentée sur le site de l’université de Californie à San Diego : Machine Learning Algorithm Can’t Distinguish These Lab Mini-Brains from Preemie Babies.