Un mini-cerveau cultivé en laboratoire à partir de cellules souches a développé spontanément des structures oculaires rudimentaires, ont rapporté des scientifiques.
De minuscules organoïdes cérébraux humains cultivés dans des boîtes ont montré la croissance de deux cupules optiques à symétrie bilatérale, reflétant le développement des structures oculaires chez les embryons humains. Ce résultat incroyable peut nous aider à mieux comprendre le processus de différenciation et de développement des yeux, ainsi que les maladies oculaires.
"Notre travail met en évidence la capacité remarquable des organoïdes cérébraux à générer des structures sensorielles primitives sensibles à la lumière et contenant des types de cellules similaires à ceux trouvés dans le corps", a déclaré le neuroscientifique Jay Gopalakrishnan de l'hôpital universitaire de Düsseldorf en Allemagne. "Ces organoïdes peuvent aider à étudier les interactions cerveau-œil pendant le développement embryonnaire, modéliser les troubles rétiniens congénitaux et générer des types de cellules rétiniennes spécifiques au patient pour des tests de dépistage personnalisés et une thérapie de transplantation."
Les organoïdes cérébraux ne sont pas de vrais cerveaux, comme vous pouvez l'imaginer. Il s'agit de petites structures tridimensionnelles issues de cellules souches pluripotentes induites - des cellules obtenues à partir d'adultes et transformées en cellules souches susceptibles de se développer dans de nombreux types de tissus différents.
Dans ce cas, ces cellules souches peuvent se transformer en amas de tissu cérébral qui n'ont rien qui ressemble à des pensées, des émotions ou de la conscience. De tels "mini-cerveaux" sont utilisés à des fins de recherche où l'utilisation d'un vrai cerveau vivant serait impossible ou du moins éthiquement difficile - par exemple, pour tester la réponse aux médicaments ou pour observer le développement de cellules dans certaines conditions défavorables. Cette fois, Gopalakrishnan et ses collègues ont prévu d'observer le développement des yeux.
Dans des études antérieures, d'autres scientifiques ont utilisé des cellules souches embryonnaires pour faire pousser des cupules optiques, des structures qui deviennent presque tout l'œil au cours du développement embryonnaire. D'autres études ont développé des structures en forme de coupe optique à partir de cellules souches pluripotentes induites.
Au lieu de cultiver ces structures directement, l'équipe de Gopalakrishnan voulait voir si elles pouvaient être cultivées en tant que partie intégrante des organoïdes cérébraux. Cela nous permettrait de voir comment ces deux types de tissus peuvent se développer ensemble, plutôt que de simplement développer des structures optiques isolées.
Des travaux antérieurs sur le développement d'organoïdes avaient montré la présence de cellules rétiniennes, mais elles n'avaient pas développé de structures optiques. L'équipe a donc modifié ses protocoles. Ils n'ont pas essayé de forcer le développement de cellules purement neuronales dans les premiers stades de la différenciation neuronale et ont ajouté de l'acétate de rétinol au milieu de culture comme aide au développement des yeux.
Leurs cerveaux de bébé soigneusement entretenus avaient déjà formé des cupules optiques au 30e jour de développement, et les structures étaient clairement visibles au 50e jour. Ceci est cohérent avec le moment du développement des yeux dans un embryon humain, ce qui signifie que ces organoïdes peuvent être utiles pour étudier les subtilités de ce processus.
Il y a d'autres conséquences. Les cupules optiques contenaient différents types de cellules rétiniennes, organisées en réseaux neuronaux sensibles à la lumière, et contenaient même du cristallin et du tissu cornéen. Enfin, les structures ont démontré la connexion de la rétine avec des zones de tissu cérébral.
Sur les 314 organoïdes cérébraux que l'équipe a cultivés, 73% ont développé des cupules optiques. L'équipe espère développer des stratégies pour maintenir ces structures viables pendant de plus longues périodes de temps pour des recherches plus approfondies avec un potentiel énorme, disent les chercheurs.
« Des organoïdes cérébraux contenant des vésicules optiques qui affichent des types de cellules neuronales hautement spécialisés peuvent être développés, ouvrant la voie à la création d'organoïdes personnalisés et de feuilles épithéliales pigmentaires rétiniennes pour la transplantation », écrivent-ils dans leur article. "Nous pensons que [ce sont] des organoïdes de nouvelle génération qui aident à modéliser les rétinopathies résultant de troubles neurodéveloppementaux précoces."
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