Les cellules nerveuses ne sont pas seulement des cellules nerveuses. Selon la distinction finement, il existe plusieurs centaines à plusieurs milliers de types différents de cellules nerveuses dans le cerveau humain selon les derniers calculs. Ces types de cellules varient dans leur fonction, dans le nombre et la longueur de leurs appendices cellulaires et dans leurs interconnexions. Ils émettent différents neurotransmetteurs dans nos synapses et, selon la région du cerveau – par exemple, le cortex cérébral ou le cerveau moyen – différents types de cellules sont actifs.
Lorsque les scientifiques ont produit des cellules nerveuses à partir de cellules souches dans les boîtes de Pétri pour leurs expériences dans le passé, il n'était pas possible de prendre en compte leur grande diversité. Jusqu'à présent, les chercheurs n'avaient développé des procédures que pour cultiver quelques dizaines de différents types de cellules nerveuses in vitro. Ils l'ont atteint en utilisant le génie génétique ou en ajoutant des molécules de signalisation pour activer des voies de signalisation cellulaire particulières. Cependant, ils ne se sont jamais rapprochés de la diversité des centaines ou des milliers de types de cellules nerveuses différents qui existent réellement.
Les neurones dérivés de cellules souches sont fréquemment utilisés pour étudier les maladies. Mais jusqu'à présent, les chercheurs ont souvent ignoré les types précis de neurones avec lesquels ils travaillent. «
Barbara Treutlein, professeur, Département des sciences et de l'ingénierie des Biosystems à Eth Zurich, Bâle
Cependant, ce n'est pas la meilleure approche d'un tel travail. « Si nous voulons développer des modèles de culture cellulaire pour les maladies et les troubles tels que la maladie d'Alzheimer, la Parkinson et la dépression, nous devons prendre en considération le type spécifique de cellules nerveuses. »
Le dépistage systématique était la clé du succès
Treutlein et son équipe ont maintenant produit avec succès plus de 400 types différents de cellules nerveuses. Ce faisant, les scientifiques ont ouvert la voie à une recherche neurologique de base plus précise avec des expériences de culture cellulaire.
Les chercheurs de l'ETH en ont réussi en travaillant avec une culture de cellules souches pluripotentes induites par l'homme qui avaient été générées à partir des cellules sanguines. Dans ces cellules, ils ont utilisé du génie génétique pour activer certains gènes de régulateur neuronal et traité les cellules avec divers morphogènes, une classe spéciale de molécules de signalisation. Treutlein et son équipe ont adopté une approche systématique, utilisant sept morphogènes dans différentes combinaisons et concentrations dans leurs expériences de dépistage. Cela a abouti à près de 200 ensembles différents de conditions expérimentales.
Morphogènes
Les morphogènes sont des messagers connus de la recherche sur le développement embryonnaire. Ils ne sont pas distribués uniformément dans un embryon mais se produisent dans une variété de concentrations formant des modèles spatiaux. De cette façon, ils définissent la position des cellules dans l'embryon, par exemple si une cellule est près de l'axe du corps ou dans le dos, l'abdomen, la tête ou le torse. En conséquence, les morphogènes aident à déterminer ce qui se développe dans l'embryon.
Les chercheurs ont utilisé diverses analyses pour prouver qu'ils avaient produit plus de 400 types différents de cellules nerveuses dans leur expérience. Ils ont examiné l'ARN (et donc l'activité génétique) au niveau des cellules individuelles, ainsi que l'apparition externe des cellules et leur fonction: par exemple, quel type d'appendice cellulaire qu'ils avaient dans les quantités et les impulsions du nerf électrique qu'ils ont émises.
Les chercheurs ont ensuite comparé leurs données avec des informations provenant de bases de données de neurones du cerveau humain. Ce faisant, ils ont pu identifier les types de cellules nerveuses qui avaient été créées, telles que celles trouvées dans le système nerveux périphérique ou les cellules cérébrales et la partie du cerveau dont ils proviennent, qu'ils perçoivent la douleur, le froid ou le mouvement, etc.
Neurones in vitro pour la recherche sur les ingrédients actifs
Treutlein précise qu'ils sont encore loin de produire tous les types de cellules nerveuses qui existent in vitro. Néanmoins, les chercheurs ont désormais accès à un nombre beaucoup plus important de types de cellules différents qu'auparavant.
Ils aimeraient utiliser des cellules nerveuses in vitro pour développer des modèles de culture cellulaire pour étudier les conditions neurologiques graves, notamment la schizophrénie, la Alzheimer, la Parkinson, l'épilepsie, les troubles du sommeil et la sclérose en plaques. Les modèles de culture cellulaire de ce type présentent également un grand intérêt pour la recherche pharmaceutique pour tester les effets de nouveaux composés actifs dans les cultures cellulaires sans test animal, dans le but ultime de pouvoir remédier à ces conditions.
À l'avenir, les cellules pourraient également être utilisées pour la thérapie de remplacement des cellules, qui consiste à remplacer les cellules nerveuses malades ou mortes dans le cerveau par de nouvelles cellules humaines.
Mais il y a un défi à surmonter avant que cela puisse se produire: les chercheurs ont souvent produit un mélange de plusieurs types différents de cellules nerveuses dans leurs expériences. Ils travaillent maintenant à optimiser leur méthode afin que chaque condition expérimentale ne produit qu'un seul type de cellule spécifique. Ils ont déjà quelques idées initiales sur la façon dont cela pourrait être réalisé.
