Une équipe de recherche de l’Université de Stanford a implanté des organoïdes cérébraux humains dans le cerveau de rats, qui se sont intégrés et connectés.
Dans le tissu cérébral humain vert plus clair dans le cerveau du rat. Crédit : Université de Stanford.
Des organoïdes composés de neurones humains ont été implantés dans le cerveau de rats nouveau-nés, où ils ont intégré et développé des connexions neuronales. L’expérience controversée a été réalisée dans le but de démontrer la faisabilité de l’étude des maladies neurologiques et psychiatriques. Les auteurs de la recherche soulignent que les organoïdes – également connus sous le nom de « mini cerveaux » – sont des modèles valables pour étudier certaines fonctions cérébrales, cependant, en l’absence de flux sanguin et de signaux dérivés des sens (connexions neuronales), l’efficacité et le développement sont sévèrement limités. . Pour cette raison, ils sont considérés comme peu utiles pour étudier les conditions liées à la formation des circuits, telles que l’autisme et la schizophrénie. Pour pallier le problème, les scientifiques ont pensé à implanter des organoïdes chez les rongeurs, créant ainsi un organisme hybride vivant (une chimère rat-humain) dans lequel il est possible de mieux vérifier les processus cérébraux liés aux pathologies mentales.
À la tête de l’expérience, une équipe de recherche américaine dirigée par des scientifiques du département de psychiatrie et des sciences du comportement de la prestigieuse université de Stanford, qui a collaboré étroitement avec des collègues des départements de bioingénierie et de neurochirurgie et du Wu Tsai Neurosciences Institute et Bio-X. Les chercheurs, coordonnés par le professeur Sergiu Pasca, ont créé les organoïdes de quelques millimètres à partir de cellules souches pluripotentes induites obtenues à partir de cellules de peau humaine, après un traitement spécifique avec un cocktail biochimique pour les reprogrammer à l’état immature et les transformer en neurones du cortex (la couche la plus externe du cerveau). Les cellules cultivées dans une boîte ont donné naissance à des mini cerveaux qui ont été implantés chez des rats de deux ou trois jours, génétiquement modifiés pour ne pas avoir de système immunitaire et ainsi prévenir le risque de rejet du tissu cérébral humain.
Après implantation, les cellules cérébrales de rat ont migré dans les tissus humains, formé des vaisseaux sanguins et initié la nutrition des tissus, tandis que les neurones humains ont formé des connexions avec les structures cérébrales des rongeurs, y compris le thalamus, qui est la partie responsable de la transmission des informations sensorielles au cortex. Plus précisément, des organoïdes corticaux ont été implantés dans le cortex somatosensoriel primaire des animaux, une partie du cerveau impliquée dans le traitement des sensations, comme spécifié par les auteurs de l’étude. « Cette connexion a peut-être fourni la signalisation nécessaire à la maturation et à l’intégration optimales des neurones humains », a déclaré le professeur Pasca dans un communiqué de presse.
Pour vérifier la connexion réelle entre l’organoïde humain et le cerveau du rat, les scientifiques ont infecté les organoïdes avec un traceur viral, qui se propage entre les cellules cérébrales et met en évidence les connexions fonctionnelles. Les organoïdes en développement se sont considérablement développés et ont occupé jusqu’à un tiers de l’hémisphère cérébral du rat après 6 mois. Les connexions entre les deux entités ont été testées à travers plusieurs expériences ; par exemple en stimulant les moustaches des rongeurs, une opération qui a provoqué l’activation électrique des neurones humains. Dans une autre phase de l’étude, l’optogénétique a également été testée. En termes simples, à l’aide d’une lumière laser bleue dirigée vers les organoïdes – avec des fibres optiques implantées dans le crâne – les scientifiques ont pu modifier le comportement des rongeurs, les incitant à rechercher de l’eau à partir d’un abreuvoir « sur commande ». , grâce à la stimulation lumineuse.
Certains des organoïdes implantés ont été créés à partir de cellules souches obtenues de patients atteints d’une maladie génétique appelée syndrome de Timothy, associée à l’autisme et à l’épilepsie. Une fois intégrés, ces organoïdes ont généré une structure spécifique, ce qui a permis aux chercheurs de mettre en évidence les différences avec des implants issus de cellules saines. « Il s’agit du circuit cérébral humain le plus avancé jamais construit à partir de cellules cutanées humaines et une démonstration que des neurones humains implantés peuvent influencer le comportement d’un animal », a déclaré le professeur Pasca. « Notre plate-forme fournit, pour la première fois, des lectures comportementales pour les cellules humaines et pourrait, espérons-le, accélérer notre compréhension des conditions psychiatriques complexes », a-t-il conclu.
Les scientifiques sont conscients que de telles expériences ont de sérieuses implications éthiques qui doivent être étudiées de manière approfondie, y compris le risque que des souris avec du tissu cérébral humain puissent développer des pensées et une conscience plus humaines en raison de ces implants, comme l’a souligné au sciencemediacentre Tara Spiers-Jones , chargé de cours au UK Dementia Research Institute de l’Université d’Edimbourg. Les détails de la recherche « Maturation et intégration de circuits d’organoïdes corticaux humains transplantés » ont été publiés dans la revue scientifique Nature.