Les organoïdes, des avatars de cerveaux humains pour la recherche

Plusieurs équipes de recherche travaillent à l’aide de dispositifs organiques surprenants. Cultivés à partir de cellules humaines, ces « organoïdes » sont des structures biologiques qui se développent à l’image d’un organe humain. Dans le cas des travaux de Miria Ricchetti, responsable de l’unité Mécanismes moléculaires du vieillissement pathologique et physiologique de l’Institut Pasteur, ce sont des cellules de cerveau humain.

© Anamaria Mejia/shutterstock.com

Étudier le cerveau humain autrement que post-mortem – et a fortiori tester des traitements en cas de maladie neurodégénérative – était jusqu’à récemment plutôt difficile, voire impossible. Une découverte, qui a valu le prix Nobel à ses auteurs en 2012, a radicalement changé la donne.

Reprogrammer des cellules humaines

Shinya Yamanaka, un médecin chercheur de l’Université de Kyoto, a réussi à reprogrammer des cellules adultes de souris (des fibroblastes de la peau) en cellules souches pluripotentes. A l’image des cellules souches issues de l’embryon, celles-ci redeviennent non différenciées, c’est-à-dire qu’elles ne présentent plus les caractéristiques spécifiques d’une cellule de la peau. Mieux, ces cellules iPS* peuvent être à nouveau redifférenciées pour devenir des cellules d’autres parties du corps, voire des organoïdes.

Nombre d’équipes de recherche utilisent depuis cette découverte pour faire avancer la science dans différents domaines. Miria Ricchetti, elle, travaille sur une maladie génétique rare caractérisée, notamment dans sa forme sévère, par un vieillissement très prématuré et une dégénérescence neurologique : le syndrome de Cockayne. Son but : développer un traitement contre cette pathologie, mais aussi mieux comprendre le mécanisme de vieillissement physiologique.

Cultiver un cerveau humain ?

Concrètement, les cellules prélevées dans un but diagnostique chez des personnes touchées par le syndrome de Cockayne et reprogrammées en cellules iPS, sont ensuite cultivées « dans des incubateurs à 37°C et 5% de CO2 », décrit la chercheuse, pour générer des organoïdes cérébraux qui contiennent des multiples types cellulaires. Pour qu’elle se développent en neurones ou encore en astrocytes, « nous leur donnons quelques indications générales. Puis elles croissent de façon autonome, en construisant des relations entre elles », poursuit-elle. Elles forment ainsi une structure en 3D de quelques 3 ou 4 millimètres. « Il ne s’agit pas d’un cerveau dans son entièreté », explique Miria Ricchetti. « C’est une sorte d’avatar d’une partie de cerveau humain en grande partie similaire à celui d’un embryon en développement de 20 semaines environ. »

Mais cette structure organique, tout à fait extraordinaire, offre « deux avantages » majeurs aux chercheurs. « Nous avons ainsi accès à du matériel biologique sans avoir besoin de le prélever par biopsie ». Ce qui est de toutes façons, impossible sur le cerveau. Par ailleurs, ces cellules assemblées en 3D « ont la capacité de rester en culture pendant des mois voire des années et permettent donc des études longitudinales ». Les chercheurs peuvent ainsi tester toutes sortes d’environnements et de molécules dans le contexte de maladies progressives, comme le syndrome de Cockayne.

Les études sur les cellules de patients ont permis à l’équipe de Miria Ricchetti de découvrir une molécule efficace in vitro. Encore reste-t-il à vérifier si cette molécule est active aussi sur ces structures en 3D et ensuite mener les travaux pour valider la tolérance d’un tel traitement. Une partie de ces études pourra être menée sur des organoïdes, qui, grâce à la recherche en cours dans le monde, deviendront « des structures de plus en plus complexes dans le futur », assure la chercheuse. Jusqu’à créer un cerveau humain ? « Pas en l’état actuel. Nous en sommes bien loin. »

*Elles sont qualifiées d’iPS, pour « induced pluripotent stem cells »

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  Source : Interview de Miria Ricchetti, responsable de l’unité Mécanismes moléculaires du vieillissement pathologique et physiologique de l’Institut Pasteur, 30 septembre 2022

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  Ecrit par : Dominique Salomon - Edité par : Vincent Roche