Des neurones leurrés comme dans un cerveau vivant

Les neurones, cellules essentielles du cerveau, forment des réseaux complexes en échangeant des signaux, permettant l’apprentissage et l’adaptation. Des chercheurs de l’Université de technologie de Delft (TU Delft) aux Pays-Bas ont créé un environnement imprimé en 3D qui ressemble étroitement au tissu cérébral réel. En utilisant des piliers à l’échelle nanométrique, ils reproduisent la structure souple et fibreuse qui soutient les neurones. Cette innovation offre un modèle plus précis pour étudier la manière dont les neurones se connectent, ce qui pourrait améliorer notre compréhension des troubles neurologiques comme Alzheimer, Parkinson et les troubles du spectre de l’autisme.

Imiter l’environnement naturel du cerveau.

Les neurones, comme toutes les cellules, réagissent à leur environnement. Les boîtes de Petri traditionnelles, étant plates et rigides, ne reproduisent pas la matrice extracellulaire souple du cerveau. Pour résoudre ce problème, le professeur agrégé Angelo Accardo et son équipe ont conçu des réseaux de nanopiliers en utilisant la polymérisation à deux photons, une technique d’impression 3D de haute précision.

Ces nanopiliers, chacun des milliers de fois plus fins qu’un cheveu humain, sont disposés comme des forêts miniatures. En ajustant leur largeur et leur hauteur, les chercheurs ont affiné leurs propriétés mécaniques, créant un environnement que les neurones perçoivent comme souple.

« Ce dispositif trompe les neurones en leur faisant ‘croire’ qu’ils se trouvent dans un tissu semblable à celui du cerveau », explique Accardo. « Bien que le matériau soit rigide, les nanopiliers se plient sous le mouvement des neurones, imitant la douceur du tissu cérébral réel. De plus, les nanostructures fournissent des points d’ancrage similaires aux fibres de la matrice extracellulaire dans le cerveau. » Ainsi, les neurones croissent et se connectent de manière plus naturelle.

De la croissance aléatoire aux réseaux organisés.

Pour tester leur modèle, l’équipe a cultivé trois types de neurones, dérivés de tissus cérébraux de souris ou de cellules souches humaines, sur les réseaux de nanopiliers. Sur des boîtes de Petri classiques, les neurones se développaient dans des directions aléatoires. Cependant, sur les surfaces imprimées en 3D, les trois types formaient des réseaux structurés à des angles spécifiques.

L’étude, publiée dans Advanced Functional Materials, a également révélé de nouvelles informations sur la manière dont les neurones étendent leurs connexions. « Les cônes de croissance neuronale — structures en forme de main au bout des neurones en croissance — se comportent différemment sur des surfaces planes par rapport aux environnements 3D », explique Accardo. « Sur des surfaces plates, ils se répandent sans direction claire, mais sur les réseaux de nanopiliers, ils étendent des projections en forme de doigts dans toutes les directions, comme ils le feraient dans un vrai cerveau. »

De plus, l’auteur principal George Flamourakis a découvert que les neurones cultivés sur les nanopiliers mûrissaient plus efficacement, montrant des niveaux plus élevés de marqueurs neuronaux clés. Cela suggère que le modèle influence non seulement les motifs de croissance, mais accélère également le développement neuronal.

Un nouvel outil pour la recherche sur les troubles cérébraux.

Si la douceur est cruciale, pourquoi ne pas utiliser des matériaux à base de gel ? « Le problème des gels, comme le collagène ou le Matrigel, réside dans leur incohérence et l’absence de structure contrôlée », explique Accardo. « Nos réseaux de nanopiliers combinent le meilleur des deux mondes : ils imitent un environnement doux et naturel tout en offrant une grande reproductibilité grâce à leur conception précisément conçue. »

En répliquant mieux la croissance neuronale et la connectivité, ce modèle pourrait fournir des informations plus profondes sur les différences des réseaux cérébraux dans les troubles neurologiques. Il représente un pas important vers une recherche cérébrale plus précise, ouvrant la voie à des traitements pour des affections telles qu’Alzheimer, Parkinson et l’autisme.

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Lire l’article original :  Scitechdaily

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