Il s’agit d’une image histologique d’un cerveau de rat avec un organoïde de cerveau humain greffé. Crédit : Jgamadze et al.
Dans une étude publiée dans la revue Cellule Cellule Souches le 2 février, les chercheurs montrent que les organoïdes cérébraux – des amas de neurones cultivés en laboratoire – peuvent s’intégrer au cerveau des rats et répondre à une stimulation visuelle comme des lumières clignotantes.
Des décennies de recherche ont montré que nous pouvons transplanter des neurones humains et de rongeurs individuels dans des cerveaux de rongeurs et, plus récemment, il a été démontré que les organoïdes du cerveau humain peuvent s’intégrer au développement de cerveaux de rongeurs. Cependant, il reste à déterminer si ces greffes d’organoïdes peuvent s’intégrer fonctionnellement au système visuel des cerveaux adultes blessés.
“Nous nous sommes concentrés non seulement sur la transplantation de cellules individuelles, mais également sur la transplantation de tissus”, explique l’auteur principal H. Isaac Chen, médecin et professeur adjoint de neurochirurgie à l’Université de Pennsylvanie. «Les organoïdes cérébraux ont une architecture; ils ont une structure qui ressemble au cerveau. Nous avons pu examiner des neurones individuels au sein de cette structure pour mieux comprendre l’intégration des organoïdes transplantés.
Les chercheurs ont cultivé des neurones dérivés de cellules souches humaines en laboratoire pendant environ 80 jours avant de les greffer dans le cerveau de rats adultes ayant subi des lésions au cortex visuel. En trois mois, les organoïdes greffés s’étaient intégrés au cerveau de leur hôte : se vascularisaient, grandissaient en taille et en nombre, envoyaient des projections neuronales et formaient des synapses avec les neurones de l’hôte.
L’équipe a utilisé des virus marqués par fluorescence qui sautent le long des synapses, d’un neurone à l’autre, pour détecter et tracer les connexions physiques entre l’organoïde et les cellules cérébrales du rat hôte. “En injectant un de ces traceurs viraux dans l’œil de l’animal, nous avons pu tracer les connexions neuronales en aval de la rétine”, explique Chen. “Le traceur est allé jusqu’à l’organoïde.”
Ensuite, les chercheurs ont utilisé des sondes à électrodes pour mesurer l’activité de neurones individuels dans l’organoïde lorsque les animaux étaient exposés à des lumières clignotantes et à des barres blanches et noires alternées. «Nous avons vu qu’un bon nombre de neurones au sein de l’organoïde répondaient à des orientations spécifiques de la lumière, ce qui nous donne la preuve que ces neurones organoïdes étaient capables non seulement de s’intégrer au système visuel, mais qu’ils étaient capables d’adopter des fonctions très spécifiques du visuel. cortex.”
L’équipe a été surprise par la mesure dans laquelle les organoïdes ont pu s’intégrer en seulement trois mois. “Nous ne nous attendions pas à voir ce degré d’intégration fonctionnelle si tôt”, déclare Chen. “Il y a eu d’autres études portant sur la transplantation de cellules individuelles qui montrent que même 9 ou 10 mois après avoir transplanté des neurones humains chez un rongeur, ils ne sont toujours pas complètement matures.”
“Les tissus neuronaux ont le potentiel de reconstruire des zones du cerveau blessé”, explique Chen. « Nous n’avons pas tout réglé, mais c’est une première étape très solide. Maintenant, nous voulons comprendre comment les organoïdes pourraient être utilisés dans d’autres zones du cortex, pas seulement le cortex visuel, et nous voulons comprendre les règles qui guident la façon dont les neurones organoïdes s’intègrent au cerveau afin que nous puissions mieux contrôler ce processus et faire ça va plus vite.
Référence : “Intégration structurelle et fonctionnelle des organoïdes du cerveau antérieur humain avec le système visuel du rat adulte blessé” par Dennis Jgamadze, James T. Lim, Zhijian Zhang, Paul M. Harary, James Germi, Kobina Mensah-Brown, Christopher D. Adam, Ehsan Mirzakhalili, Shikha Singh, Jiahe Ben Gu, Rachel Blue, Mehek Dedhia, Marissa Fu, Fadi Jacob, Xuyu Qian, Kimberly Gagnon, Matthew Sergison, Océane Fruchet, Imon Rahaman, Huadong Wang, Fuqiang Xu, Rui Xiao, Diego Contreras, John A Wolf, Hongjun Song, Guo-li Ming et
Han-Chiao Isaac Chen, le 2 février 2023, Cellule Cellule Souches.
DOI : 10.1016/j.stem.2023.01.004
Cette recherche a été soutenue par le Département des anciens combattants, les Instituts nationaux de la santé et la Fondation de recherche médicale Dr Miriam et Sheldon G. Adelson.
