Les petites gouttes des tissus cérébraux humains cultivés en laboratoire n’étaient que des taches, chacune mesurant quelques millimètres de diamètre. Des chercheurs de l’Université de Stanford les ont fabriqués en cultivant des cellules souches humaines en amas de tissus tridimensionnels. Appelées organoïdes cérébraux, ces structures simplifiées contiennent certaines des cellules et propriétés d’un véritable cerveau humain, offrant un aperçu du développement et des conditions neurologiques.
Mais ils ne sont pas aussi complexes que la réalité, alors pour renforcer leur réalisme, des chercheurs ailleurs ont essayé de transplanter des organoïdes humains dans le cerveau de rongeurs. Dans des expériences passées, ces cellules n’ont pas réussi à s’intégrer dans le cerveau des animaux. Cette fois, cela a fonctionné : les organoïdes ont formé des connexions avec les propres circuits cérébraux des animaux, signe que ces faisceaux de cellules peuvent développer des fonctionnalités plus sophistiquées.
L’équipe de Stanford a transplanté ces grappes de cellules humaines dans le cortex somatosensoriel de rats nouveau-nés, la zone qui traite les informations sensorielles, telles que le toucher, provenant de tout le corps. Pendant plusieurs mois, les organoïdes ont grandi pour occuper environ un tiers de l’hémisphère du cerveau des rats. La recherche a été publiée aujourd’hui dans la revue Nature. “Cela fait définitivement avancer ce que les organoïdes peuvent faire en termes d’intégration fonctionnelle dans le cerveau”, déclare H. Isaac Chen, professeur adjoint de neurochirurgie à l’Université de Pennsylvanie, qui n’a pas participé à l’étude.
Chen et d’autres avaient déjà tenté des expériences similaires sur des rongeurs adultes, mais ces organoïdes transplantés n’ont pas réussi à mûrir. Lors de la dernière tentative, les scientifiques de Stanford ont transplanté les organoïdes au début du développement, lorsque les circuits neuronaux des jeunes rats n’étaient pas complètement formés. Le cerveau adulte est beaucoup moins plastique, ce qui signifie qu’il n’est pas capable de changer et de former de nouvelles connexions aussi facilement. “Le système nerveux a un moyen d’arrêter le développement”, a déclaré Sergiu Pasca, professeur de psychiatrie et de sciences du comportement à Stanford et auteur correspondant de l’étude, lors d’un point de presse avant la publication de l’article. “Nous sommes entrés et nous avons transplanté avant que la capacité des cellules à former des connexions ait cessé.”
Contrairement aux études précédentes, Pasca et ses collègues ont découvert que les neurones humains transplantés développaient des fibres nerveuses qui s’étendaient dans le tissu cérébral du rat et formaient des jonctions appelées synapses entre les neurones du rat. Ces connexions n’existent pas dans les organoïdes cérébraux cultivés dans un plat, une limitation majeure qui a poussé les scientifiques à transplanter des orgaonides dans des animaux vivants.
“Nous savons que le cerveau se développe et fonctionne en recevant de l’activité, soit à partir de réseaux endogènes, soit du monde extérieur via une stimulation sensorielle des tissus”, explique Paola Arlotta, professeur de cellules souches et de biologie régénérative à l’Université de Harvard, qui n’était pas impliqué dans la recherche de Stanford. Dans un vrai cerveau, la stimulation sensorielle est essentielle pour former des voies neuronales et favoriser un développement normal.
Non seulement les organoïdes se sont développés et intégrés au tissu, mais ils ont également révélé des caractéristiques jamais vues auparavant dans les organoïdes cultivés dans un plat. Les chercheurs de Stanford ont développé certains de leurs organoïdes à partir de cellules prélevées sur des patients atteints du syndrome de Timothy, une maladie génétique grave qui provoque souvent le même type de retards de développement neurologique que ceux observés dans l’autisme. Lorsqu’ils ont été transplantés chez des rats, les organoïdes ont développé des dendrites anormales, des branches arborescentes qui s’étendent des neurones et leur permettent de communiquer avec d’autres cellules. Ces défauts n’avaient pas été observés lors d’expériences organoïdes antérieures sans animaux.
