Des amas de cellules appelées organoïdes nous aident à comprendre le cerveau, et la dernière version est équipée de vaisseaux sanguins réalistes pour aider les organoïdes à vivre plus longtemps.
La plupart des organoïdes cérébraux manquent de cellules sanguines, ce qui limite leur utilisation
Une version minuscule du cortex cérébral en développement – une région cérébrale impliquée dans la pensée, la mémoire et la résolution de problèmes – a été cultivée dans une assiette de laboratoire, avec un système de vaisseaux sanguins qui ressemble beaucoup à la réalité. Cet amas de cellules est l’un des organoïdes cérébraux les plus détaillés créés à ce jour et permettra d’approfondir notre compréhension du cerveau.
Les organoïdes cérébraux, parfois appelés « mini-cerveaux », sont généralement cultivés dans des plats de laboratoire en baignant les cellules souches dans un mélange de signaux chimiques, qui les amènent à former des boules de cellules. Depuis leur création en 2013, ces structures cérébrales – dont l’activité électrique ressemble à celle du cerveau du fœtus ou du nouveau-né – ont fourni de nouvelles informations sur des pathologies telles que l’autisme, la schizophrénie et la démence.
Mais les organoïdes ont un gros défaut : ils commencent généralement à mourir après quelques mois. En effet, alors que les cerveaux de taille normale sont équipés d'un réseau de vaisseaux sanguins pour transporter l'oxygène et les nutriments, les organoïdes cérébraux ne peuvent les absorber qu'à partir du plat dans lequel ils sont cultivés, affamant ainsi les cellules les plus internes. Cela limite leur taille et leur complexité, ainsi que leur ressemblance avec le cerveau en développement. «C'est un très gros problème», déclare Lois Kistemaker du centre médical universitaire d'Utrecht Brain Center aux Pays-Bas.
Pour résoudre ce problème, Ethan Winkler de l’Université de Californie à San Francisco et ses collègues ont cultivé des cellules souches humaines dans des boîtes de laboratoire pendant deux mois pour produire ce qu’ils appellent des « organoïdes corticaux », car ils imitent le cortex cérébral en développement. Séparément, ils ont développé des organoïdes composés de cellules de vaisseaux sanguins et en ont placé deux aux extrémités opposées de chaque organoïde cortical. Quelques semaines plus tard, les vaisseaux sanguins s’étaient répartis uniformément dans les cerveaux miniatures.
Surtout, en imagerie des organoïdes, les chercheurs ont révélé que les vaisseaux sanguins avaient un centre creux, ou lumière, très similaire à celui trouvé dans le cerveau. « La démonstration de réseaux vasculaires dotés de lumières semblables à celles que l'on trouve dans les vaisseaux sanguins réels est impressionnante », déclare Madeline Lancaster de l'Université de Cambridge, qui a été la première à développer des organoïdes cérébraux. « C'est une étape majeure. »
Les efforts antérieurs visant à introduire des vaisseaux sanguins dans les organoïdes cérébraux n’ont pas réussi à reproduire ce détail important et ont généralement vu les vaisseaux se propager de manière inégale dans les organoïdes. De plus, par rapport aux tentatives précédentes, les vaisseaux de cette nouvelle expérience semblaient ressembler davantage aux propriétés physiques et à l'activité génétique de ceux trouvés dans de véritables cerveaux en développement, formant une « barrière hémato-encéphalique » améliorée – la frontière qui protège habituellement le cerveau des agents pathogènes envahisseurs, tout en permettant le passage des nutriments et des déchets, explique Kistemaker.
Ensemble, les résultats suggèrent que les vaisseaux ont de meilleures chances de transporter le liquide nutritif pour maintenir les organoïdes en vie, explique Lancaster. « Pour avoir des vaisseaux sanguins vraiment fonctionnels, ils auraient besoin d'un moyen de pomper le sang en continu, comme le fait le cœur, et il faudrait que ce soit de manière directionnelle, de sorte que du sang frais oxygéné – ou un substitut semblable au sang – entre pendant que le sang désoxygéné est évacué », explique Lancaster. «Nous en sommes encore loin», dit-elle.
