Des chercheurs de l’Université du Michigan ont développé une méthode pour produire des cerveaux miniatures cultivés artificiellement – ; appelés organoïdes du cerveau humain – ; exempt de cellules animales qui pourraient grandement améliorer la façon dont les maladies neurodégénératives sont étudiées et, éventuellement, traitées.
Au cours de la dernière décennie de recherche sur les maladies neurologiques, les scientifiques ont exploré l’utilisation d’organoïdes du cerveau humain comme alternative aux modèles de souris. Ces tissus 3D auto-assemblés dérivés de cellules souches embryonnaires ou pluripotentes modélisent plus étroitement la structure complexe du cerveau par rapport aux cultures bidimensionnelles conventionnelles.
Jusqu’à présent, le réseau modifié de protéines et de molécules qui structurent les cellules des organoïdes cérébraux, appelés matrices extracellulaires, utilisait souvent une substance dérivée de sarcomes de souris appelée Matrigel. Cette méthode souffre d’inconvénients importants, avec une composition relativement indéfinie et une variabilité d’un lot à l’autre.
Les dernières recherches sur l’UM, publiées dans Annales de neurologie clinique et translationnelle, offre une solution pour surmonter les faiblesses de Matrigel. Les chercheurs ont créé une nouvelle méthode de culture qui utilise une matrice extracellulaire modifiée pour les organoïdes du cerveau humain ; sans la présence de composants animaux – et a amélioré la neurogenèse des organoïdes cérébraux par rapport aux études précédentes.
Cette avancée dans le développement d’organoïdes cérébraux humains exempts de composants animaux permettra des progrès significatifs dans la compréhension de la biologie neurodéveloppementale. »
Joerg Lahann, Ph.D., auteur principal, directeur de l’UM Biointerfaces Institute et Wolfgang Pauli Collegiate Professor of Chemical Engineering à l’UM
« Les scientifiques ont longtemps lutté pour transposer la recherche animale dans le monde clinique, et cette nouvelle méthode facilitera le passage de la recherche translationnelle du laboratoire à la clinique. »
Les matrices extracellulaires fondamentales des organoïdes cérébraux de l’équipe de recherche étaient composées de fibronectine humaine, une protéine qui sert de structure native permettant aux cellules souches d’adhérer, de se différencier et de mûrir. Ils étaient soutenus par un échafaudage en polymère hautement poreux.
Les organoïdes ont été cultivés pendant des mois, tandis que le personnel du laboratoire n’a pas pu entrer dans le bâtiment en raison de la pandémie de COVID 19.
En utilisant la protéomique, les chercheurs ont découvert que leurs organoïdes cérébraux développaient du liquide céphalo-rachidien, un liquide clair qui circule autour du cerveau et de la moelle épinière sains. Ce fluide correspondait plus étroitement au LCR humain adulte par rapport à une étude historique sur les organoïdes du cerveau humain développée dans Matrigel.
« Lorsque nos cerveaux se développent naturellement in utero, ils ne se développent bien sûr pas sur un lit de matrice extracellulaire produite par des cellules cancéreuses de souris », a déclaré le premier auteur Ayşe Muñiz, Ph.D., qui était étudiant diplômé en sciences macromoléculaires de l’UM. et programme d’ingénierie au moment des travaux.
« En plaçant les cellules dans une niche artificielle qui ressemble plus étroitement à leur environnement naturel, nous avons prédit que nous observerions des différences dans le développement des organoïdes qui imitent plus fidèlement ce que nous voyons dans la nature. »
Le succès de ces organoïdes cérébraux humains sans xénogénèse ouvre la porte à la reprogrammation avec des cellules de patients atteints de maladies neurodégénératives, déclare la co-auteur Eva Feldman, MD, Ph.D., directrice du Centre d’excellence ALS à l’UM et James W. Professeur émérite Albers de neurologie à la faculté de médecine de l’UM.
« Il est possible de prélever les cellules souches d’un patient atteint d’une maladie telle que la SLA ou la maladie d’Alzheimer et, essentiellement, de construire un mini-cerveau avatar de ce patient pour étudier les traitements possibles ou modéliser la progression de sa maladie », a déclaré Feldman. « Ces modèles créeraient une autre voie pour prédire la maladie et étudier le traitement à un niveau personnalisé pour des conditions qui varient souvent considérablement d’une personne à l’autre. »
