Première scientifique: des “mini-cerveaux” humains implantés dans des souris réagissent à la lumière

Imaginez que des parties de cerveau perdues, détériorées ou malades puissent être régénérées en laboratoire et transplantées pour retrouver une nouvelle vie. Des scientifiques de l’université de Californie à San Diego ont obtenu un résultat similaire. Les organoïdes corticaux humains (ou “mini-cerveaux”) transplantés dans des souris n’étaient pas seulement reliés au système vasculaire de l’hôte. Ils réagissaient à des impulsions lumineuses dans les yeux des cobayes de la même manière que le tissu cérébral environnant.

Pendant plusieurs mois, les chercheurs ont utilisé un ingénieux système d’imagerie pour mesurer les tâches électriques dans l’organoïde qui présentait une réponse incorporée aux stimuli visuels.

C’est la première fois que des scientifiques ont pu confirmer en temps réel des liens fonctionnels dans un organoïde de cerveau humain transplanté, grâce notamment aux améliorations apportées aux implants capables de déterminer des signaux neurologiques subtils à une échelle fine.

Explication des auteurs

“Nous imaginons qu’à l’avenir, ce mélange de cellules souches et de technologies de neuroenregistrement sera utilisé pour modéliser la maladie dans des conditions physiologiques au niveau des circuits neuronaux, pour examiner les traitements candidats en fonction des antécédents héréditaires spécifiques des patients et pour analyser le potentiel des organoïdes à restaurer des zones cérébrales spécifiques perdues, dégénérées ou endommagées après intégration”, écrivent les auteurs.

L’équipe de neuroscientifiques et d’ingénieurs, dirigée par le neuro-ingénieur Duygu Kuzum, a créé son nouveau système d’enregistrement pour évaluer les tâches des ondes cérébrales à un niveau macro et mini simultanément.

Le dispositif utilise des microélectrodes flexibles et transparentes en graphène qui peuvent être implantées dans des parties particulières du cerveau. Cette technologie hautement perfectionnée présente avec précision les pics de la tâche neuronale provenant à la fois de l’organoïde transplanté et des tissus cérébraux voisins au moment où ils se produisent.

Moins d’un mois après la transplantation, les chercheurs ont constaté que leurs organoïdes humains avaient développé des liens synaptiques fonctionnels avec le reste du cortex visuel de la souris.

Deux mois plus tard, le tissu étranger s’était encore mieux intégré au cerveau de l’hôte.

Cellules souches

En 2019, par exemple, des scientifiques ont fait pousser des cellules souches pluripotentes pour obtenir une boule de la taille d’un pois, composée de deux millions de cellules nerveuses disposées de manière à pénétrer dans son environnement pour établir des connexions de voisinage.

Les cellules souches pluripotentes jouent également le rôle d’organoïdes du cerveau humain. Elles peuvent se distinguer en un large éventail de tissus et d’organes. Toutefois, uniquement si elles sont baignées dans le cocktail de molécules approprié. Or, ce mélange est exceptionnellement complexe et repose sur un timing très particulier, que les scientifiques sont encore en train de mettre au point.

En 2021, des progrès ont été réalisés lorsqu’un organoïde cérébral a commencé à créer des structures oculaires simples, mais on est encore loin de pouvoir obtenir une “vue” fonctionnelle dans un cerveau cultivé en laboratoire.

En revanche, l’implantation de tissu cérébral humain développé à partir de cellules souches dans un cortex visuel développé pourrait être un objectif plus réaliste. Des études ont déjà permis d’atteindre cet objectif chez les rats. Toutefois, il a été plus difficile de déterminer si le greffon étranger obtient activement un apport fonctionnel du reste du cerveau.

Les électrodes métalliques standard n’offrent pas un champ de vision clair sur le cerveau, de sorte que les scientifiques doivent retirer les électrodes pour voir correctement le cortex sensoriel, ce qui peut ruiner le succès d’une greffe de tissu.

Les électrodes transparentes permettent de résoudre ce problème. En utilisant une technique d’imagerie fluorescente au microscope, les chercheurs de l’UCSD ont montré que des impulsions lumineuses peuvent favoriser les organoïdes humains transplantés dans un cerveau de souris.

Nous pensons que, plus tard, ce mélange de cellules souches et de technologies d’enregistrement neurologique sera utilisé pour modéliser des maladies et des problèmes physiologiques, pour tester des traitements candidats sur des organoïdes spécifiques à des patients, ainsi que pour examiner le potentiel des organoïdes à récupérer des zones cérébrales spécifiques perdues, dégénérées ou endommagées, déclare M. Kuzum.

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