Une nouvelle étude menée par des chercheurs de l’UCLA et de l’Université de Stanford révèle que les organoïdes « mini-cerveau » dérivés de cellules souches humaines en trois dimensions peuvent mûrir d’une manière étonnamment similaire au développement du cerveau humain.
Pour la nouvelle étude, publiée dans Neuroscience de la nature Le 22 février, les auteurs principaux, le Dr Daniel Geschwind de l’UCLA et le Dr Sergiu Pasca de l’Université de Stanford, ont effectué une analyse génétique approfondie des organoïdes qui avaient été cultivés pendant 20 mois dans une boîte de laboratoire. Ils ont découvert que ces organoïdes 3D suivent une horloge interne qui guide leur maturation en synchronisation avec la chronologie du développement humain.
« C’est nouveau -; Jusqu’à présent, personne n’a développé et caractérisé ces organoïdes pendant cette période, ni montré qu’ils récapituleraient le développement du cerveau humain dans un environnement de laboratoire pour la plupart », a déclaré Geschwind, MD, PhD, professeur distingué MacDonald en génétique humaine à la David Geffen School of Medicine de l’UCLA, membre du Eli and Edythe Broad Center of Regenerative Medicine and Stem Cell Research de l’UCLA, et le doyen associé principal et vice-chancelier associé et directeur de l’Institute for Precision Health de l’UCLA .
« Ce sera un coup de pouce important pour le domaine. Nous avons montré que ces organoïdes peuvent mûrir et reproduire de nombreux aspects du développement humain normal – ce qui en fait un bon modèle pour étudier la maladie humaine dans un plat », a-t-il déclaré.
Les organoïdes du cerveau humain sont créés à l’aide de cellules souches pluripotentes induites, également appelées cellules iPS, qui sont dérivées de cellules cutanées ou sanguines qui ont été reprogrammées à un état semblable à des cellules souches embryonnaires permettant aux scientifiques de créer n’importe quel type de cellule.
Ces cellules iPS sont ensuite exposées à un mélange spécialisé de produits chimiques qui les influence pour créer la cellule d’une certaine région du cerveau. Avec le temps et les bonnes conditions, les cellules s’auto-organisent pour créer des structures 3D qui reproduisent fidèlement plusieurs aspects du développement du cerveau humain.
Les organoïdes dérivés de cellules souches humaines ont le potentiel de révolutionner la pratique de la médecine en donnant aux chercheurs des informations sans précédent sur la façon dont des organes complexes – y compris le cerveau – se développent et réagissent à la maladie.
Depuis plusieurs années, les chercheurs développent des organoïdes du cerveau humain pour étudier les troubles neurologiques et neurodéveloppementaux humains, tels que l’épilepsie, l’autisme et la schizophrénie.
L’utilité de ces modèles a été entravée par la croyance largement répandue que les cellules qui composent ces organoïdes restent bloquées dans un état de développement analogue aux cellules observées dans le développement foetal. L’étude montre qu’il est possible de faire croître les cellules jusqu’à une maturité qui permettra aux scientifiques de mieux étudier les maladies de l’adulte, telles que la schizophrénie ou la démence.
Les modèles de cellules souches de maladies humaines suscitent un vif intérêt. Ce travail représente une étape importante en montrant quels aspects du développement du cerveau humain sont modélisés avec la plus grande fidélité et quels gènes spécifiques se comportent bien in vitro et quand il est préférable de les modéliser. Tout aussi important, nous fournissons un cadre basé sur des analyses génomiques non biaisées pour évaluer dans quelle mesure les modèles in vitro modélisent le développement et le fonctionnement in vivo. «
Geschwind, MD, PhD, professeur distingué MacDonald, génétique humaine, David Geffen School of Medicine, UCLA
Les auteurs proposent également un outil appelé GECO qui permet aux chercheurs de parcourir leurs gènes d’intérêt pour mesurer la fidélité entre le cerveau in vitro et in vivo.
«Nous montrons que ces organoïdes cérébraux 3D suivent une horloge interne, qui progresse dans un environnement de laboratoire en parallèle de ce qui se passe à l’intérieur d’un organisme vivant», a déclaré le premier auteur Aaron Gordon, PhD, post-doc au Geschwind Lab de la David Geffen School de médecine à UCLA. « C’est une découverte remarquable -; nous montrons qu’ils atteignent la maturité post-natale autour de 280 jours de culture, et après cela, commencent à modéliser des aspects du cerveau du nourrisson, y compris les changements physiologiques connus dans la signalisation des neurotransmetteurs. »
La source:
Université de Californie, Los Angeles (UCLA), Sciences de la santé
Référence du journal:
Gordon, A., et al. (2021) La maturation à long terme des organoïdes corticaux humains correspond aux principales transitions postnatales précoces. Neuroscience de la nature. doi.org/10.1038/s41593-021-00802-y.
