Les chercheurs ont créé des minicerveaux ressemblant à du cortex grâce à des cultures cellulaires en trois dimensions. © Neo Edmund, Shutterstock

Santé

Des minicerveaux artificiels ont une activité électrique proche de celle des bébés prématurés

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Depuis une dizaine d'années, les chercheurs perfectionnent l'utilisation des organoïdes, des mini-organes créés, in vitro, à partir de cellules souches afin de pouvoir réaliser ainsi des expériences ou tester des médicaments. Dernièrement, ce sont de minuscules cerveaux qui ont été créés et, pour la première fois, les scientifiques viennent de détecter une activité électrique ressemblant à celle des humains. Une piste pour mieux comprendre les maladies neurologiques ou neurodégénératives.

C'est une première qui n'est pas sans soulever de nouvelles et vertigineuses questions éthiques. Peut-on parler de conscience à propos de cerveaux « non-fonctionnels » ? Les scientifiques pensent que les cerveaux ne sont pas conscients, car ils ressemblent à ceux de bébés prématurés, mais ils ne peuvent pas le prouver.

Depuis une dizaine d'années, les chercheurs ont appris à exploiter des cellules souches adultes pour développer des organoïdes, c'est-à-dire des structures cellulaires modélisant un organe qu'ils souhaitent étudier. Mais jamais des organoïdes cérébraux n'avaient développé de réseau neuronal actif. 

« Si vous m'aviez demandé il y a cinq ans si je pensais qu'il serait possible qu'un organoïde cérébral développe un réseau sophistiqué capable de générer des oscillations, j'aurais dit non », dit à l'AFP Alysson Muotri, biologiste à l'université de Californie à San Diego. La percée a été permise en partie par l'amélioration de la procédure et de l'environnement de culture des cellules souches, décrivent les chercheurs dans leur article publié jeudi par la revue Cell Press.

Voici des minicerveaux, des organoïdes cérébraux créés à partir de cellules souches humaines, qui ouvrent une voie de recherche pour étudier les maladies neurologiques car il n'existe pas de modèle de laboratoire pour expérimenter de nouveaux traitements. © Cleber A. Trujillo et al., Université de Californie

Une piste de recherche pour étudier les maladies neurologiques

Une autre avancée fut de donner plus de temps aux neurones pour se développer, tout comme les cerveaux des fœtus dans le ventre. « Les premières étapes du développement neurologique humain sont inscrites dans notre génome», explique Alysson Muotri. Les premières ondes ont été détectées dans les organoïdes au bout de deux mois. Les signaux étaient rares et gardaient une même fréquence, tout comme dans les cerveaux humains très immatures. Mais, en continuant à croître, les ondes ont été produites à différentes fréquences, et à intervalles plus réguliers. En comparant le développement de ces organoïdes aux courbes observées chez 39 bébés prématurés, les scientifiques se sont aperçus que les trajectoires étaient similaires.

Les débuts dans le cerveau : les ondes complexes du modèle organoïde cortical au début du développement du cerveau humain. Pour obtenir une traduction sous-titrée en français, cliquer sur la roue dentée en bas de la vidéo, sélectionner sous-titres, puis traduire automatiquement et choisir français dans le menu déroulant. © Université de Californie

À quoi cela pourrait-il servir? Des organoïdes pourraient être développés à partir de cellules souches d'individus atteints de problèmes neurologiques tels que l'épilepsie et l'autisme. Cela permettrait de mieux modéliser ces syndromes afin de trouver peut-être des traitements. La recherche vise aussi à répondre à des questions fondamentales. Par exemple, on ne sait pas pourquoi le développement des organoïdes n'évolue plus à partir de neuf ou dix mois. Peut-être est-ce dû à l'absence d'alimentation sanguine, ou tout simplement de stimulation sensorielle, suggère Alysson Muotri.

  • Pour la première fois, des minicerveaux créés en laboratoire à partir de cellules souches humaines, se sont activés.
  • Cela ouvre une voie de recherche pour étudier les maladies neurologiques.
  • Des organoïdes pourraient être développés à partir de cellules souches de sujets atteints de problèmes neurologiques pour en modéliser leurs syndromes et permettre de trouver peut-être des traitements.
Pour en savoir plus

Des minicerveaux artificiels en culture produisent des ondes électriques

Article de Marie-Céline Ray, publié le 23 novembre 2018

Des minicerveaux créés en laboratoire produisaient des ondes électriques d'une façon proche de cerveaux de bébés prématurés. Ils pourraient donc servir de modèles pour l'étude du développement du cerveau humain et de ses pathologies.

Au cours de la vie embryonnaire, le développement du cerveau suit un schéma commandé par des gènes. Comme il est compliqué d'étudier des tissus de fœtus, les chercheurs développent des modèles in vitro. C'est le cas des « minicerveaux » qu'ils arrivent à créer en laboratoire : ces organoïdes sont obtenus à partir de cultures cellulaires réalisées en trois dimensions.

Ici, des chercheurs de l'université de Californie à San Diego ont réussi à former du tissu ressemblant à du cortex à partir de cellules souches pluripotentes induites humaines. Selon Nature, pendant dix mois, ils ont cultivé des centaines de minicerveaux et regardé s'ils exprimaient des gènes typiques d'un cerveau en cours de développement. Leurs résultats ont été présentés lors du congrès Neuroscience 2018 à San Diego début novembre.

À la surface des minicerveaux, les chercheurs ont enregistré une activité électrique, comme pour un électroencéphalogramme. Cette activité électrique dépendait de signaux utilisant le Gaba ou le glutamate, qui sont tous deux des neurotransmetteurs. Dans un cerveau mature, habituellement, les neurones forment des réseaux qui s'activent selon un rythme prévisible. Mais ici les minicerveaux présentaient des électroencéphalogrammes irréguliers qui évoquaient plutôt des cerveaux en cours de développement.

Le développement du cerveau peut être modélisé in vitro grâce aux organoïdes

Quand les chercheurs ont comparé les rythmes des minicerveaux à ceux de bébés nés prématurément, ils se sont aperçus qu'ils correspondaient à ceux de prématurés nés entre 25 et 39 semaines. Cependant, cela ne veut pas forcément dire que ces minicerveaux se comportent comme des cerveaux de bébés prématurés : ils présentent simplement des activités électriques proches.

Les chercheurs ont mesuré l’activité électrique des minicerveaux.© Teeradej, Fotolia

De plus, ces organoïdes ne sont pas de vrais cerveaux humains car ils ne contiennent pas tous les types cellulaires du cerveau. Ce travail reste préliminaire et n'a pas été publié dans une revue à comité de lecture. Il suggère tout de même que les minicerveaux pourraient servir d'outils pour comprendre le développement de certaines pathologies, comme l'épilepsie ou l'autisme.

Ces recherches suscitent des inquiétudes chez certains scientifiques à cause des questions éthiques que soulève le fait de créer des minicerveaux se rapprochant de cerveaux humains. Pourraient-ils développer une forme de conscience ? La question reste ouverte, d'autant plus que les scientifiques ne savent pas mesurer précisément la conscience...

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