Une équipe d’ingénieurs et de biologistes de l’Université du Michigan, de l’Institut Weizmann et de l’Université de Pennsylvanie a mis au point « un modèle complet des premiers stades du système nerveux central humain ». Contrairement aux organoïdes précédemment développés, focalisés sur une partie et « désorganisés », ce « modèle » récapitule le développement des trois sections du cerveau embryonnaire et de la moelle épinière « simultanément ». Les chercheurs ont publié leurs travaux dans la revue Nature [1].
Le développement du système nerveux représenté jusqu’à 11 semaines après la fécondation
Les scientifiques sont partis d’une rangée de cellules souches de la taille du tube neural d’un embryon de quatre semaines, soit environ 4 millimètres de long et 0,2 millimètre de large. Ils ont « collé » ces cellules sur une puce dotée de « minuscules canaux » qu’ils ont utilisés pour introduire des matériaux permettant aux cellules souches de se développer.
Les chercheurs ont ajouté un gel qui a permis aux cellules de se développer en trois dimensions et des signaux chimiques qui les ont incitées à devenir des précurseurs de cellules neurales. Les cellules ont formé une structure tubulaire. Ensuite, ils ont introduit des signaux chimiques qui ont aidé les cellules « à se repérer dans la structure et à évoluer vers des types de cellules plus spécialisés ». Le système s’est ainsi « organisé » d’une manière qui « reflète le développement embryonnaire ».
L’équipe a cultivé les cellules pendant 40 jours, « simulant le développement du système nerveux central jusqu’à environ 11 semaines après la fécondation ». Elle a ainsi pu « démontrer le rôle de gènes spécifiques dans le développement de la moelle épinière et apprendre comment certains types de cellules du système nerveux humain précoce se différencient en différentes cellules aux fonctions spécialisées ».
Des limites
Bien que le modèle soit « fidèle à de nombreux aspects du développement précoce du cerveau et de la moelle épinière », les chercheurs notent plusieurs « différences importantes », comme la formation du tube neural [2] qui « est très différente ». Le modèle ne peut donc pas être utilisé pour simuler des pathologies dues à une mauvaise fermeture du tube neural, comme le spina bifida.
L’équipe prévoit d’appliquer ce modèle à l’étude de différentes maladies du cerveau humain en utilisant des cellules souches dérivées de patients.
Insoo Hyun, bioéthicien au Musée des sciences de Boston, qui n’a pas participé à l’étude, veut rassurer sur la surveillance de ce type de travaux : « Les groupes de recherche doivent être clairs sur la question scientifique à laquelle ils tentent de répondre et s’assurer que le degré de développement qu’ils autorisent dans le modèle est le minimum pour répondre à la question » (cf. Recherche sur les organoïdes de cerveau : une question de conscience).
Ce nouveau « modèle » n’inclut pas les nerfs périphériques ni les circuits neuronaux fonctionnels, des caractéristiques « essentielles » à « la capacité de l’homme à expérimenter son environnement et à traiter cette expérience ».
[1] Xufeng Xue et al, A Patterned Human Neural Tube Model Using Microfluidic Gradients, Nature (2024). DOI: 10.1038/s41586-024-07204-7
[2] la « toute première étape » du développement du système nerveux central
Sources : Medical Xpress, Kate McAlpine, University of Michigan (26/02/2024) ; Genetic engineering and biotechnology news (26/02/2024)
