Des chercheurs de l'Institut des sciences industrielles de l'Université de Tokyo ont découvert que le fait de fournir à des « organoïdes cérébraux » cultivés en laboratoire des connexions similaires à celles du cerveau réel améliore leur développement et leur activité. Crédit : Institut des sciences industrielles, Université de Tokyo
Une équipe de recherche collaborative a développé une méthode pour connecter les tissus cérébraux cultivés en laboratoire, améliorant ainsi la compréhension du développement et des fonctions cérébrales et ouvrant la voie à des progrès potentiels dans le traitement des maladies neurologiques.
L’idée de cultiver des tissus fonctionnels semblables à ceux du cerveau humain dans une assiette a toujours semblé assez tirée par les cheveux, même aux chercheurs dans le domaine. Pour atteindre cet objectif futur, une équipe de recherche japonaise et française a développé une technique permettant de connecter des tissus imitant le cerveau cultivés en laboratoire d'une manière qui ressemble aux circuits de notre cerveau.
Avancées dans les études neuronales
Il est difficile d’étudier les mécanismes exacts du développement et des fonctions cérébrales. Les études animales sont limitées par les différences entre espèces dans la structure et le fonctionnement du cerveau, et les cellules cérébrales cultivées en laboratoire ont tendance à manquer des connexions caractéristiques des cellules du cerveau humain. De plus, les chercheurs réalisent de plus en plus que ces connexions interrégionales et les circuits qu’elles créent sont importantes pour de nombreuses fonctions cérébrales qui nous définissent en tant qu’êtres humains.
Des études antérieures ont tenté de créer des circuits cérébraux dans des conditions de laboratoire, ce qui a fait progresser le domaine. Des chercheurs de l’Université de Tokyo ont récemment trouvé un moyen de créer davantage de connexions physiologiques entre des « organoïdes neuronaux » cultivés en laboratoire, un tissu modèle expérimental dans lequel des cellules souches humaines sont cultivées pour former des structures de développement tridimensionnelles imitant le cerveau. L’équipe y est parvenue en reliant les organoïdes via des faisceaux axonaux, ce qui est similaire à la manière dont les régions sont connectées dans le cerveau humain vivant.
Une meilleure compréhension grâce à l’innovation
« Dans les organoïdes mononeuraux cultivés dans des conditions de laboratoire, les cellules commencent à afficher une activité électrique relativement simple », explique Tomoya Duenki, co-auteur principal de l'étude. « Lorsque nous avons connecté deux organoïdes neuraux avec des faisceaux axonaux, nous avons pu voir comment ces connexions bidirectionnelles contribuaient à générer et à synchroniser les modèles d'activité entre les organoïdes, montrant une certaine similitude avec les connexions entre deux régions du cerveau. »
Les organoïdes cérébraux connectés aux faisceaux axonaux ont montré une activité plus complexe que les organoïdes simples ou ceux connectés à l'aide de techniques précédentes. De plus, lorsque l’équipe de recherche a stimulé les faisceaux axonaux à l’aide d’une technique connue sous le nom d’optogénétique, l’activité organoïde a été modifiée en conséquence et les organoïdes ont été affectés par ces changements pendant un certain temps, dans un processus appelé plasticité.
« Ces résultats suggèrent que les connexions des faisceaux axonaux sont importantes pour le développement de réseaux complexes », explique Yoshiho Ikeuchi, auteur principal de l'étude. « Notamment, les réseaux cérébraux complexes sont responsables de nombreuses fonctions profondes, telles que le langage, l’attention et les émotions. »
Étant donné que les altérations des réseaux cérébraux ont été associées à diverses affections neurologiques et psychiatriques, une meilleure compréhension des réseaux cérébraux est importante. La capacité d'étudier les circuits neuronaux humains développés en laboratoire améliorera notre connaissance de la façon dont ces réseaux se forment et évoluent au fil du temps dans différentes situations, et pourrait conduire à de meilleurs traitements pour ces conditions.
