La dégénérescence des cellules nerveuses du cerveau des personnes atteintes de la maladie de Parkinson progresse de manière insidieuse et inexorable. Il n’existe à ce jour aucun médicament qui permet de freiner la destruction de ces cellules.

Des chercheurs du LCSB ont à présent réussi à cultiver les neurones concernés à partir de cellules souches neurales dans un système de culture cellulaire en trois dimensions. Les scientifiques du groupe de recherche « Systems Biochemistry » du LCSB, dirigé par Dr Ronan Fleming, sont convaincus que ce système pourrait considérablement accélérer la recherche d’agents thérapeutiques, étant donné qu’il reproduit les conditions naturelles de façon plus réaliste que les systèmes cellulaires utilisés jusqu’à présent. Son utilisation en laboratoire est par ailleurs beaucoup plus avantageuse financièrement. Les scientifiques ont présenté leurs résultats il y a peu dans la revue spécialisée « Lab on a Chip » (doi: 10.1039/C5LC00180C).

La maladie de Parkinson se caractérise notamment par la mort des neurones dopaminergiques dans lasubstantia nigradu cerveau moyen. Il est déjà possible de cultiver ces neurones dans un système de culture cellulaire, « mais la plupart de ces systèmes sont en deux dimensions, c’est-à-dire que les cellules grandissent par exemple sur la surface d’une boîte de Petri », explique Dr Fleming, chef du groupe de recherche. « La différence est que nous cultivons les neurones dans un gel qui reproduit beaucoup plus fidèlement leur environnement naturel en trois dimensions. »

Pour cultiver les neurones souhaités, les scientifiques se servent de simples cellules de la peau qu’ils transforment en cellules souches pluripotentes induites, ou « iPSC », à l’aide de méthodes usuelles. En 2012, le prix Nobel de physiologie ou médecine a été décerné au Japonais Shinya Yamanaka et à John Gurdon pour l’invention de ce processus. « Grâce à l’ajout de facteurs de croissance appropriés, les « iPSC » peuvent ensuite être transformées en cellules souches neurales », explique le professeur Dr Jens Schwamborn, chef du groupe « Developmental & Cellular Biology » du LCSB, qui travaille sur la différentiation des cellules. « Ce sont ces cellules que nous utilisons ensuite comme point de départ pour la culture microfluidique. »

Pour ce faire, les chercheurs mélangent d’abord les cellules avec un liquide qu’ils versent ensuite dans de petits récipients d’essai qu’on appelle des bioréacteurs. « Le bioréacteur est un peu comme un tunnel séparé au milieu par une barrière plate », explique Edinson Lucumi Moreno du LCSB, principal auteur de l’étude. « D’un côté du tunnel, nous versons le liquide mélangé aux cellules, où il se solidifie en gel sous l’effet de la température. De l’autre côté, nous versons un fluide que nous pouvons mélanger si besoin avec des nutriments et des substances pour mieux différencier les cellules souches neurales. »

Après quelques heures à peine, les chercheurs peuvent déjà observer des changements dans les cellules souches neurales : elles commencent à former de petites protubérances qui se développent au fil des jours en axones et en dendrites, les prolongements typiques des neurones. Après 30 jours, 91 % des cellules sont devenues des neurones ; parmi ceux-ci, 20 % environ sont les neurones dopaminergiques souhaités, comment le révèlent des examens morphologiques et immunologiques.

L’un des grands avantages du système de culture cellulaire en 3D est qu’il peut déjà être automatisé dans sa forme actuelle. Les bioréacteurs sont placés sur des plateaux disponibles dans le commerce qui peuvent être traités et lus par des robots de laboratoire. « Cela permet d’analyser en une seule étape les possibles effets thérapeutiques de dizaines de substances chimiques dans le cadre de l’élaboration d’agents », poursuit Ronan Fleming. « Puisque nous devons utiliser nettement moins de substances chimiques qu’avec les systèmes de culture cellulaire habituels, les coûts sont environ dix fois moins élevés. »

Un autre avantage de ces bioréacteurs est qu’ils peuvent aussi accueillir des cellules provenant des cellules de la peau de personnes atteintes de la maladie de Parkinson. « C’est une étape importante vers le développement de médicaments personnalisés », conclut Ronan Fleming. Prochain objectif de l’équipe : analyser les cellules de patients et tester les potentiels agents actifs avec l’aide de partenaires internationaux. Les substances prometteuses seront ensuite testées sur des souris.