Organoïdes : un modèle fidèle pour le cortex cérébral ?

Publié le 11 Oct, 2022

Une équipe de chercheurs du Broad Institute du MIT et de l’université de Harvard, dirigée par Paola Arlotta, ont découvert que les organoïdes de cerveau humain « reproduisent de nombreux événements cellulaires et moléculaires importants du cortex humain en développement » (cf. Recherche sur les organoïdes de cerveau : une question de conscience). Le cortex est la partie du cerveau responsable du mouvement, de la perception et de la pensée. Leurs résultats sont publiés dans la revue Cell[1].

L’équipe a cultivé des organoïdes cérébraux à partir de cellules souches[2] et a étudié leur croissance sur une période de six mois. Ils ont ensuite construit un « “atlas” caractérisant plus de 600 000 cellules d’organoïdes qui ont été échantillonnées au fur et à mesure de leur développement et de leur maturation ». L’équipe a pu alors constater qu’après le premier mois, dans chaque organoïde fabriqué, les mêmes types de cellules se développaient dans le même ordre et exprimaient les mêmes gènes que les cellules de l’embryon humain en développement[3].

Ces modèles pourraient contribuer à accélérer la recherche sur le cerveau et les troubles du développement neurologique, espèrent les chercheurs. « A terme », ils voudraient utiliser les cellules souches des patients pour fabriquer des organoïdes « fiables et personnalisés », dans lesquels ils pourraient tester des traitements potentiels et anticiper la réponse du patient.

Comprendre l’autisme ?

De leur côté des scientifiques de l’Université de l’Utah travaillent sur des organoïdes « de la taille d’une graine », notamment pour découvrir « des différences qui pourraient contribuer à l’autisme chez certaines personnes ». Leurs travaux sont publiés dans la revue Nature Communications[4].

« Ces organoïdes s’auto-organisent, explique Alex Shcheglovitov, professeur adjoint de neurobiologie à l’Université de l’Utah. En quelques mois, nous voyons des couches de cellules qui rappellent le cortex cérébral du cerveau humain. »[5]

Les chercheurs ont constaté que les organoïdes modifiés pour présenter des niveaux plus faibles du gène, appelé SHANK3, présentaient des caractéristiques distinctes : même si le modèle d’organoïde autistique semblait normal, certaines cellules ne fonctionnaient pas correctement[6]

« Nous sommes en mesure de mesurer les phénotypes liés à la maladie à l’aide d’organoïdes 3D qui sont dérivés de cellules souches contenant des mutations génétiques », résume Yueqi Wang, auteur principal de l’étude. En utilisant les organoïdes, les chercheurs pourront mieux étudier ce qui se passe aux premiers stades des maladies neurologiques, avant l’apparition des symptômes, espère-t-il.

 

[1] Ana Uzquiano et al, Proper acquisition of cell class identity in organoids allows definition of fate specification programs of the human cerebral cortex, Cell (2022). DOI: 10.1016/j.cell.2022.09.010

[2] L’article ne précise pas de quel type de cellules souches il s’agit, mais on peut suspecter l’utilisation de cellules souches embryonnaires.

[3] Les chercheurs ont également pu identifier « des modèles d’expression génétique et d’autres facteurs clés du développement qui sont uniques à l’homme ».

[4] Modeling human telencephalic development and autism-associated SHANK3 deficiency using organoids generated from single neural rosettes, Nature Communications (2022). DOI: 10.1038/s41467-022-33364-z

[5] Pour créer un modèle « amélioré », l’équipe de Shcheglovitov s’est inspirée de la façon dont le cerveau se développe normalement. Au fil des mois, les différentes structures ont fusionné et augmenté en taille et en complexité à un rythme similaire à celui du développement du cerveau d’un fœtus. Ainsi, après 5 mois en laboratoire, les structures contenaient un ensemble de cellules neurales et d’autres types de cellules que l’on trouve dans le cortex cérébral.

[6] Les neurones étaient « hyperactifs », se déclenchant plus souvent en réponse à des stimuli. D’autres signes indiquaient que les neurones ne transmettaient pas « efficacement » les signaux aux autres neurones. Enfin, « les voies moléculaires spécifiques qui permettent aux cellules d’adhérer les unes aux autres étaient perturbées ».

Sources : Medical Xpress, Allessandra DiCorato, Broad Institute of MIT and Harvard (30/09/2022) et University of Utah Health Sciences (06/10/2022)

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