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Du tissu cérébral in vitro

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Publié le jeudi, 13 avril 2017

L’organe le plus complexe de l’être humain est son cerveau. Etant donné cette complexité et pour des raisons d’éthique, le cerveau est difficilement accessible aux recherches scientifiques, notamment pour l’étude de maladies neurodégénératives telle que la maladie de Parkinson. À partir de cellules souches humaines dérivées d’échantillons de peau, des chercheurs du Luxembourg Centre for Systems Biomedicine (LCSB) de l’Université du Luxembourg sont parvenus à obtenir de miniscules cultures tridimensionnelles de tissu cérébral dont le comportement est similaire au mésencéphale humain.

Différents types de cellules se sont formés dans les boîtes de Pétri des scientifiques, qui se raccordent, transmettent des signaux et génèrent des produits métaboliques typiques du cerveau actif. « Nos cultures cellulaires ouvrent de nouvelles perspectives pour la recherche sur le cerveau », explique le professeur Jens Schwamborn qui dirige les travaux de recherche du groupe Developmental and Cellular Biology du LCSB. « Les cultures produites vont nous permettent d’étudier les causes de la maladie de Parkinson et comment la soigner de façon efficace. » L’équipe des chercheurs publie aujourd’hui ses résultats dans la revue scientifique Stem Cell Reports.

 

 

Le mésencéphale humain est particulièrement intéressant pour les chercheurs travaillant sur la maladie de Parkinson, car on y trouve une structure tissulaire appellée Substantia nigra. C’est ici que des cellules nerveuses, plus précisément les neurones dopaminergiques, produisent le neurotransmetteur dopamine. Ce messager chimique est nécessaire pour assurer la fluidité des mouvements du corps. Lorsque les neurones dopaminergiques meurent, les personnes concernées développent des raideurs musculaires et des tremblements, les symptômes classiques de la maladie de Parkinson. Pour des raisons d’éthique, les chercheurs ne peuvent pas prélever les cellules de la Substantia nigra directement dans le cerveau. Partout dans le monde, des groupes de recherche travaillent donc sur la culture in vitro de structures tridimensionnelles du mésencéphale. L’équipe du LCSB dirigée par le scientifique spécialiste de cellules souches Jens Schwamborn est l’un de ces groupes.

Créer du tissu cérébral adapté à la recherche scientifique

Au cours de leurs recherches, les scientifiques du LCSB ont utilisé des cellules souches pluripotentes induites. Il s’agit de cellules souches qui ne peuvent pas produire un organisme complet mais qui peuvent être transformées en tous types de cellules du corps humain. Les procédures nécessaires à la transformation des cellules souches en cellules cérébrales ont été développées par Anna Monzel dans le cadre de sa thèse de doctorat au sein de l’équipe de Jens Schwamborn. Elle explique sa démarche : « J’ai dû développer un cocktail distinctif et précis de facteurs de croissances et un traitement spécifique pour les cellules souches afin qu’elles se différencient dans la direction souhaitée ». Pour y parvenir, elle a pu se baser sur les importants travaux de recherche effectués par l’équipe de Jens Schwamborn au cours des années précédentes. Par la suite, les cellules souches pluripotentes se sont multipliées dans les boîtes de Pétri et se sont propagées sur une structure de support tridimensionnelle. Finalement, des cultures cellulaires semblables à des tissus sont apparues.

« Nos analyses d’échantillons de ces tissus artificiels ont ensuite montré que plusieurs types cellulaires caractéristiques du mésencéphale se sont différenciés », explique Jens Schwamborn, qui poursuit : « Les cellules peuvent transmettre et traiter des signaux. Nous avons également trouvé des cellules dopaminergiques telles que celles présentes dans le mésencéphale. » Ce constat rend les résultats des chercheurs du LCSB particulièrement intéressants pour les scientifiques travaillant sur la maladie de Parkinson dans le monde entier, comme le précise Jens Schwamborn : « Nos nouvelles cultures cellulaires nous permettent de mieux analyser les mécanismes déclencheurs de la maladie de Parkinson. Nous pouvons tester les effets d’influences externes, tels que des polluants, sur l’apparition de la maladie, ou chercher de nouvelles substances actives qui pourraient atténuer les symptômes, voire traiter les causes de la maladie. Nos futures recherches iront dans ces directions. »

Des échantillons issus de cellules humaines

Les avancées dans la recherche sur les cultures tissulaires similaires au cerveau humain sont non seulement propices à de nouvelles approches scientifiques, mais peuvent également contribuer à réduire les expérimentations sur les animaux dans le domaine de la recherche sur le cerveau. Les cultures cellulaires dans les boîtes de Pétri sont d’origine humaine et ressemblent de ce fait, par certains aspects, plus au cerveau humain que les cerveaux d’animaux de laboratoire comme les souris ou les rats. Les structures du cerveau humain et son fonctionnement peuvent ainsi être représentés d’une autre manière. « Par ailleurs, notre approche scientifique présente aussi des opportunités économiques intéressantes », explique Jens Schwamborn, qui souligne que « la production des cultures tissulaires est très complexe. Dans le cadre de notre société dérivée Braingineering Technologies S.a.r.l., nous allons développer des technologies permettant de mettre les cultures à disposition d’autres laboratoires ou de l’industrie pharmaceutique à des fins de recherche, contre rémunération. »

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Derivation of human midbrain-specific organoids from neuroepithelial stem cells: Anna S. Monzel; Lisa M Smits; Kathrin Hemmer; Siham Hachi; Edinson Lucumi Moreno; Thea van Wuellen; Javier Jarazo; Jonas Walter; Inga Brüggemann; Ibrahim Boussaad; Emanuel Berger; Ronan M.T. Fleming; Silvia Bolognin; Jens C. Schwamborn.

Le projet a été soutenu par le Fonds National de la Recherche (FNR) dans le cadre des programmes CORE et AFR, par l’Université du Luxembourg, ainsi que par JPND Research et l’Union européenne dans le cadre du projet H2020 SysMedPD.

Photo : À partir de cellules souches humaines dérivées d’échantillons de peau, des chercheurs de l’Université du Luxembourg sont parvenus à obtenir de miniscules cultures tridimensionnelles de tissu cérébral dont le comportement est similaire au mésencéphale humain. © scienceRELATIONS / Université du Luxembourg