Les scientifiques réussissent à cultiver des «mini-cerveaux» des cellules souches


Les scientifiques réussissent à cultiver des «mini-cerveaux» des cellules souches

Les scientifiques ont réussi à cultiver des tissus cérébraux humains complexes à partir de cellules souches en utilisant un nouveau système de culture 3D, selon une étude publiée dans le journal La nature .

Des chercheurs de l'Institute of Molecular Biotechnology (IMBA) de l'Académie autrichienne des sciences (OeAW) disent que les tissus nouvellement créés pourraient être le début du développement de systèmes modèles pour le cerveau humain.

Les scientifiques ont commencé la recherche en utilisant des lignées de cellules souches embryonnaires humaines établies et des cellules de tiges pluripotentes induites (iPS) à partir de fibroblastes embryonnaires de souris. Ils ont identifié des conditions de croissance qui ont aidé les cellules souches à se différencier en une variété de tissus cérébraux.

Les chercheurs ont utilisé les «médias» pour l'induction et la différenciation neuronales, ce qui leur a permis d'éviter les «facteurs de croissance des modèles». Ils disent que ces conditions sont habituellement appliquées pour générer des identités cellulaires particulières à partir de cellules souches.

Le Dr Jürgen Knoblich de l'IMBA et l'auteur principal de l'étude explique le processus:

"Nous avons modifié une approche établie pour générer le soi-disant neuroectoderme, une couche cellulaire à partir de laquelle le système nerveux dérive. Les fragments de ce tissu ont ensuite été maintenus dans une culture 3D et incorporés dans des gouttelettes d'un gel spécifique qui a fourni un échafaudage pour un tissu complexe croissance."

"Afin d'améliorer l'absorption des nutriments, nous avons ensuite transféré les gouttelettes de gel sur un bioréacteur filant. Au cours de 3 à 4 semaines, des régions du cerveau définies ont été formées".

Une coupe transversale d'un «mini-cerveau» montrant le développement de différentes régions du cerveau. Les cellules sont bleues, les cellules souches neurales sont rouges et les neurones sont verts.

Droits d'auteur: IMBA / Madeline A. Lancaster

'Mini-cerveau' cultivé après 2 mois

Les "organoïdes cérébraux" se sont formés après 15-20 jours. Ces organoïdes ont un tissu continu (neuroépithelie) autour d'une cavité remplie de liquide semblable à un ventricule cérébral - une cavité dans le cerveau qui est continue avec le canal central de la moelle épinière.

Les régions définies du cerveau - y compris un cortex cérébral, une rétine, des méninges et un plexus choroïde - se développent après 20 à 30 jours.

Au bout de 2 mois, des "mini-cerveaux" ont été créés qui ont continué à survivre dans un bioréacteur tournant, et ils survivent actuellement à 10 mois.

Les auteurs de l'étude disent:

«Nous avons établi une approche novatrice pour étudier les processus neurodéveloppementaux humains grâce à une culture in vitro d'organoïdes cérébraux à partir de cellules souches pluripotentes humaines.

Cette méthode récapitule non seulement les mécanismes fondamentaux du neurodéveloppement des mammifères, mais aussi les caractéristiques du développement du cerveau humain. Nous espérons que cette méthode permettra d'étudier une variété de processus de développement neurologique spécifiques au développement du cerveau humain ".

Potentiel pour 'cerveau modèle'

Les chercheurs disent que cette méthode pourrait être utilisée pour créer des «systèmes modèles» pour les troubles du cerveau humain.

Ils ont déjà utilisé les «mini-cerveaux» afin d'analyser le début de la microcéphalie - un état neurologique génétique où le cerveau est considérablement réduit en taille.

L'équipe a créé des cellules souches pluripotentes induites d'un patient à microcéphalie. Ce faisant, ils ont pu créer des «mini-cerveaux» qui ont tous été touchés par le désordre.

Les cerveaux ont atteint une taille plus petite, tout comme les chercheurs l'attendaient. Cependant, ils étaient intéressés de constater que bien que le tissu neuropithilien atteigne une taille plus petite dans les mini-cerveaux de la microcephalie par rapport à ceux qui n'ont pas eu le trouble, il y a eu une croissance neuronale accrue.

De ce fait, les auteurs de l'étude croient que, lors du développement du cerveau des patients atteints de microcéphalie, la différenciation du développement neuronal commence «prématurément au détriment des cellules souches et progénitrices, ce qui contribuerait à une croissance plus prononcée de la taille du cerveau».

En outre, ils ont découvert qu'une autre cause du trouble pourrait être due à un changement de direction lorsque les cellules souches se divisent.

Le Dr Madeline Lancaster, premier auteur de l'étude, affirme qu'en plus du potentiel de nouvelles idées sur le développement des troubles du cerveau humain, les mini-cerveaux seront également d'un grand intérêt pour l'industrie pharmaceutique et chimique.

"Ils permettent de tester les thérapies contre les anomalies du cerveau et d'autres troubles neuronaux", souligne M. Lancaster. "En outre, ils permettront d'analyser les effets que les produits chimiques spécifiques ont sur le développement du cerveau".

The New Scientist vidéo du petit cerveau humain réalisé dans un laboratoire.

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