Hamac pour organoïdes cérébraux
Un nouveau système de réseaux de microélectrodes permet une culture à long terme et des analyses électrophysiologiques
Les organoïdes cérébraux sont des cultures tissulaires auto-organisées à partir de cellules souches pluripotentes induites dérivées de cellules de patients. Ils forment des structures tissulaires qui ressemblent à bien des égards au cerveau in vivo. Les organoïdes cérébraux sont donc intéressants pour l'étude du développement normal du cerveau et du développement des maladies neurologiques. Cependant, les organoïdes ont été peu étudiés en termes d'activité neuronale, mesurée par les signaux électriques émis par les cellules. Une équipe de scientifiques dirigée par le Dr Thomas Rauen de l'Institut Max Planck de biomédecine moléculaire de Münster (Allemagne), en collaboration avec le groupe du Dr Peter Jones du NMI (Institut des sciences naturelles et médicales de l'université de Tübingen, Allemagne), a mis au point un nouveau système de réseau de microélectrodes (Mesh-MEA) qui offre non seulement des conditions de croissance optimales pour les organoïdes de cerveau humain, mais permet également des mesures électrophysiologiques non invasives tout au long de la période de croissance. Cela ouvre de nouvelles perspectives pour l'étude de diverses maladies cérébrales et le développement de nouvelles approches thérapeutiques.
Un organoïde de cerveau humain (coloré en rouge) s'est développé sur la structure maillée en forme de hamac d'un Mesh-MEA (vert) pendant un an. La micrographie électronique à balayage montre comment l'organoïde cérébral s'est développé autour des filaments de la maille et des microélectrodes.
Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin
Les cellules nerveuses communiquent par le biais de signaux chimiques (neurotransmetteurs), convertis en signaux électriques qui transmettent l'information d'une cellule nerveuse à l'autre. C'est également de cette manière que les neurones des organoïdes cérébraux communiquent entre eux.
"Pour trouver les causes de diverses maladies cérébrales et de nouvelles approches thérapeutiques, il ne suffit pas d'observer les cellules nerveuses au microscope. Il faut aussi savoir comment les cellules nerveuses fonctionnent, c'est-à-dire comment elles communiquent entre elles", explique Thomas Rauen. Cependant, les systèmes actuels d'enregistrement de la communication entre les cellules nerveuses dans les organoïdes cérébraux ont leurs limites. Dans les organoïdes cérébraux relativement grands, les capteurs ne s'approchent pas suffisamment des cellules nerveuses ou détruisent des parties du tissu de l'organoïde lorsqu'ils y pénètrent.
Un hamac pour les organoïdes cérébraux
L'équipe du Dr Thomas Rauen, en collaboration avec celle du Dr Peter Jones, a mis au point un nouveau système de réseaux de microélectrodes (Mesh-MEA) qui offre non seulement des conditions de croissance optimales pour les organoïdes cérébraux humains, mais qui permet également de réaliser des mesures électrophysiologiques non invasives tout au long de la période de croissance des organoïdes cérébraux.
Les scientifiques ont conçu une sorte de hamac pour les organoïdes cérébraux : "La structure maillée en forme de hamac fournit 61 microélectrodes pour les mesures électrophysiologiques de l'activité du réseau neuronal", explique le Dr Peter Jones.
L'étude actuelle montre que les organoïdes cérébraux peuvent non seulement être cultivés sur l'AME Mesh nouvellement développée pendant un an, mais qu'ils peuvent également être analysés électrophysiologiquement en continu pendant cette période. "Il s'agit d'une grande réussite, car elle nous permet d'étudier les organoïdes cérébraux pendant beaucoup plus longtemps qu'auparavant. Le développement normal du cerveau humain prend beaucoup de temps et les maladies neurodégénératives se développent également lentement", explique M. Rauen.
La clé du succès actuel est que les organoïdes cérébraux ont enveloppé les filaments et ont continué à se développer sur l'échafaudage Mesh-MEA en forme de toile d'araignée. Le Dr Katherina Psathaki, de CellNanOs à l'université d'Osnabrück, a pu le démontrer à l'aide d'un microscope électronique. Elle a analysé des organoïdes cérébraux dans leur hamac Mesh-MEA un an après le début de la culture. Les images confirment clairement que les organoïdes cérébraux se développent dans la structure en filet suspendue de Mesh-MEA. Les microélectrodes sont situées au centre du tissu de l'organoïde cérébral", ajoute Thomas Rauen.
Les scientifiques ont observé une activité neuronale spontanée enregistrée par les microélectrodes dans les organoïdes cérébraux. "Une activité neuronale synchronisée et récurrente a été observée tout au long de la phase d'enregistrement, ce qui suggère la formation de réseaux neuronaux tels qu'ils sont observés in vivo", explique Thomas Rauen.
Bien que les organoïdes cérébraux ne puissent pas représenter toutes les fonctions du cerveau humain, Peter Jones et Thomas Rauen sont convaincus que l'analyse électrophysiologique des organoïdes cérébraux à l'aide de leur système Mesh-MEA nouvellement développé ouvrira la possibilité de simuler en laboratoire des aspects fonctionnels spécifiques du développement du cerveau humain et de ses maladies, ce qui n'était pas possible jusqu'à présent.
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Matthew McDonald, David Sebinger, Lisa Brauns, Laura Gonzalez-Cano, Yotam Menuchin-Lasowski, Michael Mierzejewski, Olympia-Ekaterini Psathaki, Angelika Stumpf, Jenny Wickham, Thomas Rauen, Hans Schöler, Peter D. Jones; A mesh microelectrode array for non-invasive electrophysiology within neural organoids; Biosensors and Bioelectronics, Volume 228, 15 May 2023, 115223
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