Le cerveau humain est formé en intégrant des types neuronaux et gliaux spécialisés qui sont précisément connectés en réseaux. Comprendre le fonctionnement des réseaux neuronaux humains est essentiel pour sonder la santé et les maladies de notre cerveau. Il est nécessaire de sonder le fonctionnement des réseaux neuronaux humains en raison du besoin de tissus neuronaux humains plus fiables, capables de permettre l’évaluation fonctionnelle dynamique des circuits neuronaux.
Un groupe de chercheurs de l’Université du Wisconsin-Madison a réalisé un exploit révolutionnaire en créant le premier tissu cérébral imprimé en 3D capable de croître et de fonctionner de manière similaire à un tissu cérébral typique. Ce développement est très prometteur pour les scientifiques qui étudient le cerveau et ceux qui travaillent sur des traitements pour divers troubles neurologiques et neurodéveloppementaux, notamment des maladies comme les maladies d’Alzheimer et de Parkinson.
Su-Chun Zhang, professeur de neurosciences et de neurologie au Waisman Center de l’UW-Madison, a déclaré : « Cela pourrait constituer un modèle extrêmement puissant pour nous aider à comprendre comment les cellules et les parties du cerveau communiquent chez l’homme. Cela pourrait changer notre façon de voir la biologie des cellules souches, les neurosciences et la pathogenèse de nombreux troubles neurologiques et psychiatriques.
Contrairement à l’approche conventionnelle de superposition verticale en impression 3D, les chercheurs ont adopté une méthode horizontale. Ils ont placé des cellules cérébrales, en particulier des neurones dérivés de cellules souches pluripotentes induites, dans un gel « bio-encre » plus doux que les tentatives précédentes.
Ce gel conserve suffisamment de structure pour maintenir les tissus ensemble tout en étant suffisamment mou pour permettre aux neurones de se développer les uns dans les autres et d’établir des connexions. Les cellules sont disposées côte à côte, comme des crayons posés les uns à côté des autres sur une table.
Yuanwei Yan, un scientifique du laboratoire de Zhang, a déclaré : “Nos tissus restent relativement fins, ce qui permet aux neurones d’obtenir facilement suffisamment d’oxygène et suffisamment de nutriments du milieu de croissance.”
Les résultats de la recherche sont remarquables : les cellules du tissu cérébral imprimé en 3D peuvent communiquer efficacement entre elles. Les cellules imprimées s’étendent à travers le support environnant, créant des connexions au sein de chaque couche imprimée et entre différentes couches. Il en résulte des réseaux qui ressemblent à ceux trouvés dans le cerveau humain. Les neurones communiquent et envoient des signaux, interagissent via des neurotransmetteurs et établissent des réseaux complexes, notamment des connexions avec des cellules de soutien incorporées dans le tissu imprimé.
“Nous avons imprimé le cortex cérébral et le striatum, et ce que nous avons trouvé était assez frappant”, Zhang dit. “Même lorsque nous imprimions différentes cellules appartenant à différentes parties du cerveau, elles étaient toujours capables de communiquer entre elles d’une manière très spéciale et spécifique.”
« Notre laboratoire est très particulier dans la mesure où nous sommes capables de produire à tout moment pratiquement n’importe quel type de neurones. Ensuite, nous pouvons les assembler à tout moment et comme bon nous semble. » Zhang dit. « Comme nous pouvons imprimer les tissus dès notre conception, nous pouvons disposer d’un système défini pour examiner le fonctionnement de notre réseau cérébral humain. Nous pouvons observer très spécifiquement la façon dont les cellules nerveuses communiquent entre elles dans certaines conditions, car nous pouvons imprimer exactement ce que nous voulons.
La précision obtenue dans le tissu cérébral imprimé en 3D offre un haut degré de flexibilité pour diverses applications. Il pourrait être utilisé pour étudier la signalisation cellulaire dans des conditions telles que le syndrome de Down, les interactions entre les tissus sains et les tissus adjacents affectés par la maladie d’Alzheimer, le dépistage de nouveaux médicaments candidats potentiels ou même l’observation de la croissance naturelle du cerveau.
Un aspect essentiel de cette avancée est son accessibilité à de nombreux laboratoires. Contrairement à certaines méthodes de bio-impression, cette technique ne nécessite pas d’équipement spécialisé ni de procédures complexes de culture de tissus pour maintenir la santé des tissus. Il peut être étudié en profondeur à l’aide d’outils courants tels que des microscopes, des techniques d’imagerie standard et des électrodes déjà répandues dans ce domaine.
Bien que les réalisations actuelles soient remarquables, les chercheurs souhaitent approfondir les possibilités de spécialisation. Ils prévoient d’améliorer leur bio-encre et d’affiner leur équipement pour permettre des orientations spécifiques des cellules dans le tissu imprimé, ouvrant ainsi de nouvelles voies pour des études plus ciblées et détaillées.
Référence du journal :
2024-02-05 11:49:49
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