Des organoïdes de cerveau humain greffés sur des rats réagissent à la lumière et aux formes
Il n’y a pas de solution simple pour les lésions cérébrales : Il ne suffit pas d’appliquer de la gaze ou de mettre une attelle. Mais les scientifiques travaillent à l’élaboration de nouvelles méthodes de traitement des lésions cérébrales et ils ont franchi une nouvelle étape la semaine dernière.
Dans une étude publiée le 2 février (lien plus bas), des chercheurs de l’université de Pennsylvanie (Etats-Unis) ont réussi à transplanter un organoïde de cerveau humain dans le cerveau endommagé d’un rat. L’organoïde a établi des connexions avec le reste du cerveau et il a répondu à des stimuli lumineux clignotants.
Image d’entête : un cerveau de rat (rouge) avec un organoïde de cerveau humain greffé (vert). (Dennis Jgamadze)
Comparé à d’autres organes du corps, le cerveau est structuré de manière très complexe, explique H. Isaac Chen, spécialiste des neurosciences translationnelles à la Perelman School of Medicine de l’université de Pennsylvanie et coauteur de la nouvelle étude. Par conséquent, explique-t-il, toute méthode de traitement, notamment les transplantations, doit être soigneusement conçue, il ajoute :
Si nous envisageons de réparer le cerveau ou de lui redonner une fonction, jeter un tas de cellules qui ne sont pas ordonnées ne semble pas être la meilleure façon d’y parvenir.
Dans cette optique, les scientifiques se sont tournés vers les organoïdes comme solution potentielle. Ce sont des cultures de tissus tridimensionnels cultivés in vitro à partir de cellules souches, qui peuvent être amenées à imiter la structure d’un organe donné à l’aide de facteurs de croissance spécifiques et d’autres molécules. Comme les organoïdes ont une structure propre, les scientifiques ont pensé qu’ils s’intégreraient mieux au cerveau que ne le feraient des cellules en vrac. Les tentatives de transplantation d’organoïdes de cerveau humain dans de jeunes souris et rats ont récemment été couronnées de succès, mais peu de scientifiques avaient essayé de les utiliser dans des cerveaux adultes blessés.
Dans ce cas, Chen et son équipe ont aspiré une seule petite section du cortex visuel de chaque rat adulte. Ils ont ensuite utilisé un embout de pipette pour insérer dans la chambre vide un organoïde de cellules cérébrales humaines pas plus grosses qu’un grain de sable. Ils savaient que deux choses devaient se produire pour que leur travail soit utile à la recherche sur les lésions cérébrales : l’organoïde devait former des connexions avec le reste du cerveau du rat, et il devait également faire quelque chose de fonctionnel pour aider le cerveau dans lequel il était intégré. Après avoir laissé les organoïdes s’installer, ils ont examiné le cerveau des rats tous les mois pendant trois mois pour vérifier si l’organoïde avait survécu et surveiller son intégration dans le reste du cerveau.
Comme ils l’avaient espéré, plus de 82 % des organoïdes implantés ont survécu à toute l’expérience. Après le premier mois, il était clair que le cerveau des rats vascularisait les organoïdes survivants, les intégrant au reste du système visuel. Lorsque Chen a utilisé un traceur viral conçu pour identifier les cellules de l’organoïde greffé dans les yeux des rats, il a constaté une connexion directe entre les yeux et les neurones de l’organoïde, ce qui lui a prouvé que ces derniers fonctionnaient structurellement. En outre, lorsque l’équipe a montré aux rats expérimentaux un stimulus visuel clignotant, les neurones des organoïdes se sont activés, ce qui indique qu’ils remplissaient une fonction dans le cortex visuel. Le fait que les neurones organoïdes aient réussi à la fois sur le plan structurel et fonctionnel alors qu’ils n’avaient que quelques mois fut particulièrement intéressant pour Chen, qui précise :
Les neurones humains peuvent mettre beaucoup de temps à arriver à maturité, parfois 9 à 12 mois. Ce fut très cool de voir que nous sommes capables d’obtenir ces types de réponses même à un moment relativement précoce.
Résumé graphique de l’étude. (D. Jgamadze et col./ Cell Stem Cell)
Chen souligne qu’ils sont encore loin de tout essai clinique. Avec son équipe, il veut continuer à affiner la structure des organoïdes eux-mêmes et mieux comprendre les facteurs spécifiques qui contrôlent leur processus d’intégration.
Les chercheurs conviennent qu’il reste du travail à faire. À l’heure actuelle, ils se contentent de placer l’organoïde, de croiser les doigts et d’espérer que tout se passe comme prévu. Une certaine connectivité se forme, mais il n’est pas évident de comprendre comment. Étant donné que les organoïdes sont ajoutés à des tissus cérébraux matures, les facteurs de croissance qui stimuleraient normalement le développement du cerveau ont pratiquement disparu. Cela signifie que les scientifiques doivent trouver un moyen de les ajouter synthétiquement afin que la croissance de l’organoïde corresponde à celle de son cerveau hôte.
Bien que Chen affirme qu’il est impossible de savoir comment leurs recherches aboutiront, il se réjouit de ce qui l’attend :
Les médias, comme les films « Retour vers le futur », ont prédit comment la vie serait aujourd’hui. Certaines choses que nous n’avons pas encore réalisées, comme les voitures volantes, mais certaines choses que nous avons réalisées et auxquelles nous ne pensions même pas à l’époque. Nous sommes au tout début du voyage ici, et il y a encore beaucoup de choses à découvrir.
L’étude publiée dans Cell Stem Cell : Structural and functional integration of human forebrain organoids with the injured adult rat visual system.