Recherche sur le cerveau à l'aide d'organoïdes
Des scientifiques mettent au point une méthode efficace pour modifier génétiquement des organoïdes cérébraux
Les primates comptent parmi les créatures les plus intelligentes, dotées de capacités cognitives distinctes. Leur cerveau est relativement grand par rapport à leur taille et possède une structure complexe. Cependant, la manière dont le cerveau s'est développé au cours de l'évolution et les gènes qui sont responsables de ces capacités cognitives élevées ne sont pas encore très clairs. Mieux nous comprendrons le rôle des gènes dans le développement du cerveau, plus nous serons en mesure de mettre au point des traitements pour les maladies cérébrales graves. Les chercheurs abordent ces questions en désactivant ou en activant des gènes individuels et en tirant ainsi des conclusions sur leur rôle dans le développement du cerveau. Pour éviter autant que possible les expériences sur les animaux, les organoïdes cérébraux sont utilisés comme alternative. Ces structures cellulaires tridimensionnelles, qui ne mesurent que quelques millimètres, reflètent les différents stades du développement du cerveau et peuvent être modifiées génétiquement. Cependant, ces modifications sont généralement très complexes, longues et coûteuses. Des chercheurs du Centre allemand pour les primates (DPZ) - Institut Leibniz pour la recherche sur les primates à Göttingen ont maintenant réussi à manipuler génétiquement des organoïdes cérébraux de manière rapide et efficace. La procédure ne prend que quelques jours au lieu des mois habituels et peut être utilisée pour des organoïdes de différentes espèces de primates. Les organoïdes cérébraux permettent ainsi des études comparatives de la fonction des gènes aux premiers stades du développement du cerveau chez les primates et aident à mieux comprendre les maladies neurologiques (Jove Journal).
Section d'un organoïde cérébral électroporé d'un ouistiti commun. Vert : cellules électroporées qui brillent en vert grâce à la protéine fluorescente verte ; magenta : neurones ; gris : noyaux.
Lidiia Tynianskaia
Les organoïdes cérébraux sont cultivés en laboratoire à partir de cellules souches pluripotentes induites. Ces cellules sont généralement dérivées de cellules de la peau ou du sang qui ont été "reprogrammées" au préalable. En d'autres termes, elles sont modifiées de manière à régresser en cellules souches et à pouvoir ensuite se différencier en n'importe quel autre type de cellule, comme les neurones.
"Nous nous intéressons particulièrement aux facteurs génétiques qui sous-tendent le développement du cerveau chez les primates", explique Michael Heide, chef du groupe de recherche junior Développement et évolution du cerveau au DPZ et auteur de l'étude. "Les organoïdes cérébraux nous permettent de reproduire ces processus dans la boîte de Petri. Pour ce faire, nous devons toutefois les modifier génétiquement".
Jusqu'à présent, ces procédures nécessitaient parfois beaucoup de travail et prenaient plusieurs mois. L'équipe de chercheurs dirigée par Michael Heide a mis au point une méthode qui permet de manipuler génétiquement des organoïdes cérébraux rapidement et à moindre coût.
"Nous utilisons la micro-injection et l'électroporation pour notre méthode", explique Heide. "Dans ce processus, le matériel génétique est injecté dans les organoïdes à l'aide d'une canule très fine et introduit dans les cellules à l'aide d'une petite impulsion électrique. Cela ne prend que quelques minutes et les organoïdes cérébraux peuvent être analysés après quelques jours.
Les plasmides sont utilisés pour insérer le matériel génétique. Il s'agit de morceaux circulaires d'ADN qui contiennent le gène en question. Dans l'étude de faisabilité, les chercheurs ont utilisé le gène de la protéine fluorescente verte (GFP) à cette fin. Les cellules modifiées avec succès dans les organoïdes cérébraux deviennent ainsi vertes sous l'effet de la lumière fluorescente.
"La méthode convient aussi bien aux organoïdes cérébraux d'humains, de chimpanzés, de macaques rhésus et de marmousets communs", résume Heide. "Cela nous permet de réaliser des études comparatives sur le développement physiologique et évolutif du cerveau chez les primates et constitue également un outil efficace pour simuler des malformations neurologiques d'origine génétique sans avoir à utiliser des singes dans les expériences sur les animaux.
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