Des chercheurs ont transplanté des neurones humains dans des cerveaux de rats dans le cadre de travaux visant à apporter un éclairage nouveau sur les troubles neurologiques et psychiatriques débilitants tels que l’épilepsie et la schizophrénie.
Les amas de cellules humaines ont pris racine dans le cerveau des animaux, se sont connectés à leurs réserves de sang et ont puisé dans les circuits cérébraux des rats, leur permettant de détecter les mouvements des moustaches et de modifier le comportement des animaux.
Cette procédure révolutionnaire signifie que les scientifiques peuvent désormais étudier le fonctionnement des cellules cérébrales de patients atteints de troubles neuropsychiatriques dans un cerveau vivant et évaluer l’impact des médicaments en temps réel.
“Les troubles psychiatriques sont un énorme fardeau pour la société et il est très, très clair que nous avons besoin de meilleurs modèles pour les étudier”, a déclaré Sergiu Pasca, professeur de psychiatrie qui a dirigé la recherche à l’Université de Stanford. « Nous voyons des patients et des familles de patients désespérés. Il n’y a pas de temps a perdre.”
Le travail est la dernière avancée dans le domaine éthiquement complexe des organoïdes cérébraux, dans lequel les scientifiques cultivent de minuscules boules de cellules cérébrales humaines en laboratoire. Les chercheurs ont utilisé des organoïdes pour sonder le développement du cerveau, l’autisme et l’impact d’infections telles que le virus Zika, mais certains ont demandé comment les scientifiques sauront si les organoïdes atteignent jamais un point où ils souffrir ou devenir conscient.
Un problème pratique auquel le domaine est confronté est que les morceaux de tissu cérébral cultivés en laboratoire se comportent différemment des neurones du cerveau. Une partie du problème est que les organoïdes ne baignent pas dans les nutriments provenant d’un apport sanguin et ne sont pas câblés dans les circuits cérébraux plus larges.
Pour surmonter ces derniers problèmes, Pasca et ses collègues ont cultivé des organoïdes du cerveau humain dans une boîte jusqu’à ce qu’ils comprennent entre 500 000 et 1 million de neurones. Les boules de tissu de 1,5 mm de large ont ensuite été transplantées dans le cerveau de rats nouveau-nés, en particulier dans une région appelée cortex somatosensoriel, qui traite les sensations tactiles telles que le mouvement des moustaches.
Cinq mois plus tard, les examens IRM ont montré que les amas de tissu cérébral humain étaient devenus six à huit fois plus gros et reliés à l’approvisionnement en sang de l’animal. Les cellules du cerveau humain n’ont pas remplacé le tissu cérébral du rat, mais y ont plutôt été câblées. Une fois cultivé, chaque organoïde a ajouté environ 5 m de neurones humains aux 30 m du rat. Certains rats ont reçu deux organoïdes, un de chaque côté du cerveau.
Les tests sur les animaux n’ont trouvé aucune preuve qu’ils aient mieux performé ou qu’ils aient subi des effets néfastes. Mais les neurones humains scintillaient d’activité lorsque de l’air était soufflé sur les moustaches des rats, montrant une fusion entre le rat et le tissu cérébral humain. Les scientifiques ont ensuite entraîné les rats à s’attendre à boire de l’eau lorsque les cellules humaines de leur cerveau étaient activées, montrant que les cellules humaines pouvaient affecter le comportement des rats.
Pour montrer comment la procédure pourrait être utile à la recherche, les scientifiques ont créé des organoïdes cérébraux à partir de cellules humaines saines et d’autres provenant de patients atteints d’une maladie génétique appelée syndrome de Timothy et les ont transplantés dans des cerveaux de rats. Les organoïdes cérébraux des patients se sont développés au point de présenter des anomalies évidentes. Les détails sont publié dans Nature. L’équipe a l’intention d’étudier une gamme de conditions allant de l’épilepsie et de la schizophrénie à des formes spécifiques d’autisme, ainsi que des médicaments qui pourraient aider certains patients.
Gabriele Lignani de l’Institut de neurologie de l’UCL a déclaré que le travail était “excitant” et ouvrait de nouvelles voies pour étudier les maladies neuropsychiatriques. “La combinaison de cellules humaines avec un modèle animal du corps entier surmonte les limites que ces modèles ont par eux-mêmes”, a-t-il ajouté.
Hank Greely, directeur du Center for Law and the Biosciences de l’Université de Stanford, qui a conseillé l’étude, a déclaré que la recherche sur les organoïdes soulève un certain nombre de problèmes éthiques. « Et si l’organoïde a une sorte de conscience et qu’il souffre à la suite de la greffe ? Et si l’animal greffé prenait des caractéristiques “humaines” ? » il a dit. Greely ne croit pas que ce sont des problèmes aujourd’hui, mais considère qu’ils méritent d’être discutés à mesure que les travaux avancent. “Il n’est pas trop tôt pour réfléchir à la façon dont nous pourrions essayer de déterminer la réponse de la” société “, si ce jour arrive”, a-t-il déclaré.
