- La transplantation de neurones rétiniens dérivés de cellules souches est une approche prometteuse pour le traitement des affections dégénératives de la rétine qui impliquent la perte de neurones.
- Le succès des stratégies de transplantation dépend de la formation de nouvelles synapses ou connexions entre les neurones rétiniens transplantés et hôtes.
- Les neurones rétiniens dérivés de cellules souches cultivés en laboratoire forment des synapses (connexions) les uns avec les autres, mais il manque de preuves solides montrant que ces neurones peuvent former de nouvelles synapses avec des neurones de la rétine lors de la transplantation.
- Une étude récente montre que ces neurones rétiniens cultivés en laboratoire peuvent en effet former de nouvelles synapses lors de la perturbation des synapses existantes, suggérant que la transplantation de ces neurones pourrait être une stratégie viable pour le traitement des maladies neurodégénératives rétiniennes.
Des études antérieures ont montré que les neurones des organoïdes rétiniens forment des synapses fonctionnelles, mais il n’était pas clair si les neurones obtenus lors de la dissociation de l’organoïde rétinien conservaient la capacité de former de nouvelles synapses.
Une nouvelle étude publiée dans PNAS montre que les neurones dérivés d’un organoïde rétinien étaient capables de former des synapses après avoir été retirés de l’organoïde et cultivés in vitro, suggérant que les neurones rétiniens dérivés de cellules souches pourraient potentiellement être utilisés pour le remplacement des neurones chez l’homme perdus en raison de maladies oculaires dégénératives.
L’auteur de l’étude, le Dr David Gamm, professeur agrégé d’ophtalmologie et de sciences visuelles à l’Université du Wisconsin-Madison, a déclaré Nouvelles médicales aujourd’hui:
« Des millions de personnes de tous âges dans le monde souffrent de maladies cécitantes qui entraînent la mort des neurones rétiniens, y compris celles atteintes de dégénérescence maculaire, de rétinite pigmentaire, de glaucome et de lésions rétiniennes. Les neurones rétiniens issus de cellules souches, qui peuvent théoriquement être générés en quantités illimitées, ont les propriétés nécessaires pour restaurer la vision en remplaçant les cellules perdues à cause de la maladie, et démontrer que ces cellules sont intrinsèquement capables de former de nouvelles synapses est une première étape critique dans le succès des thérapies cellulaires.
« Cependant », a-t-il ajouté, « il reste à voir si ces mêmes propriétés se perpétuent une fois qu’elles sont placées dans un œil humain vivant, malade ou blessé ».
« Cela nécessitera des essais cliniques, et probablement beaucoup d’entre eux, avant que nous comprenions clairement ce qu’ils peuvent – et ne peuvent pas – faire pour les personnes n’ayant pas d’autres options de traitement », a averti le Dr Gamm.
Sommaire
Régénération des neurones rétiniens
Les
Sa couche la plus externe est constituée de neurones photorécepteurs, la couche intermédiaire est constituée d’interneurones et la couche la plus interne est constituée de cellules ganglionnaires rétiniennes.
Les bâtonnets et les cônes, les deux types de photorécepteurs, réagissent à la lumière et transmettent des signaux aux interneurones. Ces interneurones transmettent ensuite les impulsions aux cellules ganglionnaires de la rétine, qui relaient ensuite les informations de la rétine vers les centres de traitement visuel du cerveau.
Entre chacune de ces couches de corps cellulaires se trouve une couche de synapses, les sites spécialisés où les neurones communiquent entre eux.
La couche plexiforme externe est constituée de synapses entre les photorécepteurs et les interneurones, tandis que la couche plexiforme interne est constituée de synapses entre les interneurones et les cellules ganglionnaires rétiniennes.
Maladies neurodégénératives de la rétine, telles que
Les chercheurs ont exploré diverses approches pour remplacer ces neurones. Celles-ci comprennent la transplantation de cellules rétiniennes dérivées de
Ces cellules souches pluripotentes ont un potentiel de prolifération illimitée et peuvent se différencier en tous les types cellulaires présents dans le corps.
Les cellules souches humaines peuvent être amenées à se former
Les scientifiques ont découvert que les organoïdes récapitulent plus fidèlement les caractéristiques de la rétine que les cultures bidimensionnelles cultivées dans une boîte de Pétri.
Par exemple, des études antérieures ont montré que les organoïdes rétiniens dérivés de cellules souches comprennent les trois principaux types de cellules présentant des caractéristiques similaires à la rétine intacte, notamment la capacité de répondre à la lumière.
Défis pour la transplantation
Un défi critique pour les approches thérapeutiques impliquant le remplacement des photorécepteurs et des cellules ganglionnaires rétiniennes est le câblage robuste et approprié de ces neurones de remplacement avec les neurones existants dans la rétine après la transplantation.
En d’autres termes, les nouveaux neurones doivent former des synapses fonctionnelles avec les neurones existants et s’intégrer dans les circuits cérébraux pour transmettre les signaux visuels. Cependant, il n’existe aucune preuve directe montrant que les neurones transplantés peuvent former des synapses avec les neurones rétiniens et s’intégrer dans les circuits cérébraux existants.
Des études ont examiné la capacité des neurones rétiniens dérivés de cellules souches à former des synapses avec des neurones dans la rétine de modèles animaux. Ces études ont montré des changements modestes dans les réponses neurales de la rétine à la lumière après la transplantation.
Les faibles niveaux de synapses fonctionnelles peuvent être dus à la capacité limitée des neurones dérivés de cellules souches humaines à former des synapses avec des neurones d’espèces différentes. Ainsi, ces modèles animaux peuvent ne pas présenter une image précise de l’efficacité de la greffe de cellules rétiniennes.
De plus, des études récentes ont montré que les cellules transplantées ou donneuses et les neurones hôtes peuvent échanger du matériel cytoplasmique. Au cours des expériences de transplantation, les chercheurs utilisent des cellules donneuses modifiées qui expriment la protéine fluorescente verte (GFP) pour les distinguer des cellules hôtes à l’aide d’un microscope.
Cependant, l’échange de matériaux cellulaires peut également provoquer le marquage des cellules hôtes avec la GFP. Cela peut confondre la mesure dans laquelle de nouvelles synapses sont formées en raison de l’identification erronée des neurones hôtes en tant que cellules transplantées. Ainsi, il est nécessaire de disposer de preuves directes pour montrer la formation de synapses entre les neurones du donneur et de l’hôte.
«Nous avons récemment appris que les neurones rétiniens issus de cellules souches peuvent réagir à la lumière et créer des synapses au fur et à mesure qu’ils se développent dans les organoïdes rétiniens, mais nous voulions savoir s’ils pouvaient former de nouvelles synapses après avoir été retirés de ces tissus organisés, ce qui est le cas. nécessaires si nous voulons les utiliser pour des thérapies de remplacement cellulaire (c’est-à-dire de greffe) », a expliqué le Dr Gamm.
Capacité à former de nouvelles synapses
Dans la présente étude, les chercheurs ont examiné si les cellules retirées d’un organoïde rétinien dérivé de cellules souches pluripotentes humaines pouvaient former de nouvelles synapses.
Les chercheurs ont utilisé l’enzyme papaïne pour perturber les synapses entre les neurones de l’organoïde rétinien, puis ont cultivé les cellules retirées in vitro.
Ils ont ensuite examiné la capacité de ces cellules rétiniennes obtenues à partir d’organoïdes rétiniens à former de nouvelles synapses 20 jours après leur retrait de la structure organoïde.
Les chercheurs ont utilisé une méthode appelée traçage rétrograde, impliquant un virus de la rage génétiquement modifié pour identifier les synapses nouvellement formées entre les cellules.
Le virus de la rage de type sauvage peut traverser plusieurs synapses du système nerveux. Plus précisément, le virus de la rage se déplace d’un neurone à l’axone de son neurone en saillie ou d’entrée, c’est-à-dire du neurone postsynaptique au neurone présynaptique.
Utilisation d’un virus de la rage modifié
Dans la présente étude, les chercheurs ont utilisé un virus de la rage modifié qui ne pouvait traverser qu’une seule synapse. Cela a été fait pour éviter de colorer tous les neurones et quantifier la formation de synapses entre les différents types de cellules.
Pour s’assurer que le virus de la rage ne puisse traverser qu’une seule synapse, les chercheurs ont utilisé un virus de la rage génétiquement modifié qui ne pouvait se répliquer et infecter d’autres cellules qu’en présence d’un virus auxiliaire. Ce virus auxiliaire exprimait une protéine essentielle à la réplication du virus de la rage modifié.
Ils ont d’abord infecté les cellules rétiniennes avec un virus auxiliaire 10 jours après leur retrait des organoïdes rétiniens. Le virus auxiliaire a été conçu de telle sorte que le virus de la rage modifié ne puisse infecter que les cellules précédemment infectées par le virus auxiliaire.
Cinq jours après l’introduction du virus auxiliaire, le chercheur a ensuite infecté les cellules rétiniennes obtenues à partir d’organoïdes rétiniens avec le virus de la rage modifié.
Le virus de la rage s’infectait sélectivement et se répliquait dans des cellules préalablement infectées par les cellules auxiliaires, puis voyageait jusqu’au neurone présynaptique.
L’expression de protéines fluorescentes distinctes par les virus auxiliaire et rabique a permis aux chercheurs de distinguer et de quantifier les neurones postsynaptiques et présynaptiques.
Les chercheurs ont découvert que le virus de la rage modifié traversait la synapse pour colorer les trois principaux types de cellules rétiniennes 20 jours après son retrait de l’organoïde rétinien. Notamment, une plus grande proportion de photorécepteurs présynaptiques et post-synaptiques et de cellules ganglionnaires rétiniennes ont été marqués en raison du virus de la rage modifié que les interneurones.
Cela signifie que les cellules rétiniennes, y compris celles qui sont couramment affectées par des conditions rétiniennes dégénératives, sont capables de former de nouvelles synapses.
En utilisant des contrôles appropriés, les chercheurs ont également pu distinguer un petit nombre de cellules qui étaient probablement colorées en raison de l’échange de matériaux cytoplasmiques entre les cellules au lieu de la formation de synapses.
En somme, en utilisant le traceur rétrograde du virus de la rage, les chercheurs ont pu identifier de nouvelles synapses formées après la dissociation des cellules rétinoïdes.
Le Dr Jason Meyer, professeur agrégé à l’École de médecine de l’Université de l’Indiana, et non impliqué dans cette étude, a commenté MNT« [w]Alors que de nombreuses études ont souligné le potentiel d’utilisation des cellules souches pour remplacer les cellules endommagées ou mourantes après une transplantation dans la rétine, les études précédentes ont été limitées dans leur capacité à démontrer de manière rigoureuse la présence de connexions synaptiques fonctionnelles entre les cellules.
« [This study] démontre clairement la capacité des neurones rétiniens dérivés des cellules souches à former des contacts fonctionnels, ce qui sera un critère essentiel pour l’utilisation des neurones rétiniens dérivés des cellules souches pour remplacer les cellules endommagées dans les maladies cécitantes telles que la dégénérescence maculaire liée à l’âge et le glaucome.
– Dr Jason Meyer
