Une équipe de recherche développe un protocole inédit pour créer des « cerveaux miniatures câblés »

Les chercheurs du monde entier peuvent désormais créer des organoïdes corticaux cérébraux très réalistes – essentiellement des cerveaux artificiels miniatures dotés de réseaux neuronaux fonctionnels – grâce à un protocole exclusif publié ce mois-ci par des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego.

La nouvelle technique, publiée dans Protocoles naturelsouvre la voie aux scientifiques pour mener des recherches plus avancées sur l'autisme, la schizophrénie et d'autres troubles neurologiques dans lesquels la structure du cerveau est généralement typique, mais l'activité électrique est altérée.

C'est selon Alysson Muotri, Ph.D., auteur correspondant et directeur du centre de recherche orbital intégré sur les cellules souches spatiales de l'UC San Diego Sanford Stem Cell Institute (SSCI). Le SSCI est dirigé par la Dre Catriona Jamieson, une éminente médecin-chercheuse en biologie des cellules souches cancéreuses dont les recherches explorent la question fondamentale de savoir comment l'espace modifie la progression du cancer.

La méthode nouvellement détaillée permet de créer de minuscules répliques du cerveau humain si réalistes qu'elles rivalisent avec « la complexité du réseau neuronal du cerveau fœtal », selon Muotri, qui est également professeur aux départements de médecine de l'UC San Diego. Pédiatrie et médecine cellulaire et moléculaire. Ses répliques cérébrales ont déjà voyagé vers la Station spatiale internationale (ISS), où leur activité a été étudiée en microgravité.

Deux autres protocoles permettant de créer des organoïdes cérébraux sont accessibles au public, mais aucun ne permet aux chercheurs d'étudier l'activité électrique du cerveau. La méthode de Muotri permet toutefois aux chercheurs d'étudier les réseaux neuronaux créés à partir de cellules souches de patients atteints de diverses pathologies neurodéveloppementales.

“Vous n'avez plus besoin de créer différentes régions et de les assembler”, a déclaré Muotri, ajoutant que son protocole permet à différentes zones cérébrales, comme le cortex et le mésencéphale, de “co-développer, comme cela est naturellement observé dans le développement humain”.

“Je pense que nous verrons de nombreuses variantes de ce protocole à l'avenir pour l'étude de différents circuits cérébraux”, a-t-il ajouté.

De tels « mini-cerveaux » peuvent être utilisés pour tester des médicaments potentiellement thérapeutiques et même des thérapies géniques avant leur utilisation par les patients, ainsi que pour tester leur efficacité et leurs effets secondaires, selon Muotri.

Un plan pour y parvenir est déjà en préparation. Muotri et des chercheurs de l'Université fédérale d'Amazonas à Manaus, en Amazonas, au Brésil, s'associent pour enregistrer et étudier les remèdes tribaux amazoniens contre la maladie d'Alzheimer, non pas sur des modèles de souris terrestres, mais sur des organoïdes du cerveau humain malades dans l'espace.

Le projet de recherche s'étend sur plusieurs continents et habitats, depuis les profondeurs de la forêt amazonienne jusqu'au laboratoire de Muotri sur la côte californienne, et atteindra éventuellement la Station spatiale internationale.

D'autres possibilités de recherche sur les organoïdes cérébraux comprennent la modélisation des maladies, la compréhension de la conscience humaine et des expériences supplémentaires basées sur l'espace. En mars, Muotri, en partenariat avec la NASA, a envoyé dans l'espace un certain nombre d'organoïdes cérébraux fabriqués à partir de cellules souches de patients atteints de la maladie d'Alzheimer et de SLA (sclérose latérale amyotrophique, également connue sous le nom de maladie de Lou Gehrig). La charge utile renvoyée en mai et les résultats, qui seront éventuellement publiés, sont en cours d'examen.

Parce que la microgravité imite une version accélérée du vieillissement terrestre, Muotri devrait être capable d'observer les effets de plusieurs années de progression de la maladie tout en étudiant la charge utile de la mission d'un mois, y compris les changements potentiels dans la production de protéines, les voies de signalisation, le stress oxydatif et l'épigénétique.

“Nous espérons de nouvelles découvertes, des choses que les chercheurs n'ont jamais découvertes auparavant”, a-t-il déclaré. “Personne n'a envoyé un tel modèle dans l'espace jusqu'à présent.”

Les co-auteurs de l'étude incluent Michael Q. Fitzgerald, Tiffany Chu, Francesca Puppo, Rebeca Blanch et Shankar Subramaniam, tous de l'UC San Diego, et Miguel Chillón, de l'Universitat Autònoma de Barcelona et de l'Institució Catalana de Recerca i Estudis Avançats, tous deux à Barcelone, en Espagne. Blanch est également affilié à l'Universitat Autònoma de Barcelona.