Des minicerveaux capables de capter la lumière recréés en laboratoire !

Certaines cellules du corps humain ont un destin hors du commun. Les cellules souches pluripotentescellules souches pluripotentes peuvent se différencier en n'importe quel type cellulaire. Elles sont présentes naturellement dans l'embryonembryon et dans certains organes et tissus chez l'adulte.

Entre les mains des scientifiques, ces cellules souches pluripotentes, appelées aussi iPSCiPSC, sont de précieuses alliées pour étudier le développement ou les maladies d'un organe. Lorsqu'elles sont cultivées dans des conditions adéquates, elles forment des organoïdes. Contrairement aux cultures cellulaires classiques, des tapis monocouches, les organoïdes se développent en trois dimensions et miment l'organisation tissulaire des organes.

À l'hôpital universitaire de Dusseldorf, les scientifiques ont créé un organoïde particulièrement complexe : un minicerveau primitif avec deux vésicules optiques fonctionnelles.

Un organoïde cérébral avec deux vésicules optiques. © Elke Gabriel, CC by-nc-sa

De cellules en organe

Tout part des iPSC. Pour les obtenir, il faut reprogrammer génétiquement des cellules adultes et différenciées provenant de donneurs. Elles retombent à l'état embryonnaire et peuvent à nouveau se différencier en n'importe quel type cellulaire. Dans le cas de cette expérience, les scientifiques les ont programmées pour qu'elles deviennent des petits cerveaux primitifs.

Les cellules se transforment et s'organisent comme elles le feraient durant l'embryogenèseembryogenèse. Au bout de 10 jours de culture, elles forment une neurosphère. Après 30 jours, l'organoïde se complexifie et des cellules non neuronales apparaissent : deux vésicules optiques assez rudimentaires à l'avant de l'organoïde. Ces « yeux » dérivent de la couche cellulaire la plus externe. Après 60 jours, les vésicules optiques présentent deux structures rappelant des lentilleslentilles et une couche épithéliale proche de la cornée. 

Le développement de l'organoïde cérébral à partir des iPSC jusqu'à l'apparition des vésicules optiques après 60 jours de culture. © Extrait de Gabriel et al., Cell Stem Cell

Des minicerveaux sensibles à la lumière

L'activité transcriptomique des vésicules suggère qu'elles possèdent une rétine et semblent connectées aux cellules neuronales de l'organoïde. Les scientifiques allemands décidèrent donc de tester leur sensibilité à la lumièrelumière. Grâce à une électrorétinographie, ils ont pu observer une réponse électrique à des stimuli lumineux, suggérant que les vésicules optiques immatures captent la lumière.

« Notre travail souligne l'habileté remarquable des organoïdes cérébraux à générer des structures sensorielles primitives qui sont sensibles à la lumière et contiennent des types cellulaires similaires à ceux de l'organisme », explique Jay Gopalakrishnan de l'hôpital universitaire de Düsseldorf.

Son équipe a créé 314 organoïdes cérébraux, dont 72 ont développé des vésicules optiques. La méthode est donc reproductible et pourrait accélérer les recherches sur le développement du cerveau ou les maladies congénitales de l'œilœil. 

« Ces organoïdes peuvent servir à l'étude des interactions yeux-cerveau durant le développement embryonnaire, et de modèle pour les désordres congénitales de la rétine, et créer des cellules rétiniennes propres à chaque patient pour des thérapies personnalisées », conclut Jay Gopalakrishnan.