Ils conçoivent des organoïdes à partir de tissus cérébraux fœtaux humains

La nouvelle technique, publiée dans le magazine ‘Cellule‘, permet aux régions du tissu cérébral sont capables de s’auto-organiser en structures cérébrales tridimensionnelles. Les auteurs ont utilisé ces organoïdes et l’outil CRISPR-Cas9 pour simuler le développement d’un type de tumeur cérébrale, le glioblastome, et voir comment il répondait à différents médicaments.

Les organoïdes ont des caractéristiques et un niveau de complexité qui permettent aux scientifiques de modéliser de près les fonctions d’un organe en laboratoire. Ils peuvent être formés directement à partir de cellules tissulaires. Les scientifiques peuvent également « guider » les cellules souches (trouvées dans embryons ou dans certains tissus adultes) pour qu’ils se développent jusqu’à devenir l’organe qu’ils entendent étudier.

Jusqu’à présent, les organoïdes cérébraux étaient cultivés en laboratoire en induisant la croissance de cellules souches embryonnaires ou pluripotentes jusqu’à ce qu’elles forment des structures représentant différentes zones du cerveau. A l’aide d’un cocktail spécifique de molécules, ils tenteraient d’imiter le développement naturel du cerveau, et développeraient le «recette« Pour chaque cocktail, cela demanderait beaucoup de recherches.

Les chercheurs, dirigés par Delilah Hendriks, Hans Clevers et Benedetta Artegianiont été surpris de découvrir que l’utilisation de petits morceaux de tissu cérébral fœtal au lieu de cellules individuelles était vitale pour la croissance des mini-cerveaux.

Les chercheurs précisent que le tissu fœtal humain utilisé provenait de matériel d’avortement sain, entre les semaines 12 et 15 de gestation, provenant de donneurs totalement anonymes. Les femmes anonymes ont fait don des tissus volontairement et avec leur consentement préalable et éclairé. Ils ont été informés que le matériel serait utilisé uniquement à des fins de recherche et que la recherche incluait la compréhension du développement normal des organes, y compris la possibilité de cultiver des cellules dérivées du matériel donné.

«Jusqu’à présent, nous pouvions obtenir des organoïdes à partir de la plupart des organes humains, mais pas du cerveau ; “C’est vraiment excitant que nous soyons désormais capables de surmonter cet obstacle également”, ajoute Clevers.

Pour développer d’autres mini-organes tels que l’intestin, le tissu d’origine est généralement décomposé en cellules individuelles. Au lieu de travailler avec de petits morceaux de tissu cérébral fœtal, l’équipe a découvert que ces morceaux pouvaient s’auto-organiser en organoïdes.

Les organoïdes cérébraux avaient à peu près la taille d’un grain de riz.z. La composition tridimensionnelle du tissu était complexe et contenait plusieurs types différents de cellules cérébrales.

Cerveau humain

Les scientifiques soulignent que les organoïdes cérébraux contenaient de nombreuses cellules gliales radiales externes, un type de cellule trouvé chez les humains et nos ancêtres évolutionnaires. Ceci souligne la similitude étroite des organoïdes avec le cerveau humain et leur utilisation dans l’étude.

Des morceaux entiers de tissu cérébral produisent également des protéines qui forment la matrice extracellulaire, une sorte d’« échafaudage » autour des cellules.

«Les organoïdes cérébraux obtenus à partir de tissus fœtaux constituent un nouvel outil précieux pour étudier le développement du cerveau humain. “Nous pouvons désormais étudier plus facilement comment le cerveau en développement se développe et observer le rôle des différents types de cellules et de leur environnement”, souligne Benedetta Artegiani.

«Notre nouveau modèle cérébral dérivé de tissus nous permet de mieux comprendre comment le cerveau en développement régule l’identité cellulaire. “Cela pourrait également aider à comprendre comment des erreurs dans ce processus peuvent conduire à des maladies neurodéveloppementales telles que la microcéphalie, ainsi qu’à d’autres maladies pouvant résulter d’un développement déraillé, notamment le cancer du cerveau chez l’enfant.”

L’équipe pense que ces protéines pourraient être la raison pour laquelle des morceaux de tissu cérébral ont pu s’auto-organiser en structures cérébrales tridimensionnelles. La présence d’une matrice extracellulaire dans les organoïdes permettra d’étudier plus en profondeur l’environnement des cellules cérébrales et ce qui se passe en cas de problème.

Les chercheurs ont également découvert que les organoïdes dérivés de tissus conservaient plusieurs caractéristiques de la région spécifique du cerveau dont ils étaient issus. Ainsi, ils ont répondu à des molécules de signalisation connues pour jouer un rôle important dans le développement du cerveau. Cette découverte suggère que les organoïdes dérivés des tissus pourraient jouer un rôle important dans la découverte du réseau complexe de molécules impliquées dans le développement du cerveau.

Compte tenu de la capacité des organoïdes dérivés de tissus à se développer rapidement, l’équipe a ensuite étudié leur potentiel dans la modélisation du cancer du cerveau.

Ainsi, ils ont utilisé le Technique d’édition génétique CRISPR-Cas9 pour introduire des défauts dans le gène connu cancérigène TP53 dans un petit nombre de cellules organoïdes. En trois mois, les cellules présentant un TP53 défectueux ont complètement supplanté les cellules saines de l’organoïde, ce qui signifie qu’elles ont acquis un avantage de croissance, une caractéristique typique des cellules cancéreuses.

Jusqu’à présent, nous pouvions obtenir des organoïdes de la plupart des organes humains, mais pas du cerveau

Hans Clever

Centre d’oncologie pédiatrique Princess Máxima et Institut Hubrecht

Ils ont ensuite utilisé CRISPR-Cas9 pour désactiver trois gènes liés à la tumeur cérébrale, le glioblastome : TP53, PTEN et NF1. De plus, ils ont utilisé ces organoïdes mutants pour observer leur réponse aux médicaments anticancéreux existants.

Ces expériences ont montré le potentiel des organoïdes pour la recherche sur les médicaments anticancéreux en reliant certains médicaments à des mutations génétiques spécifiques.

Les organoïdes dérivés de tissus ont continué à croître dans une boîte pendant plus de six mois. Ce qui est important, c’est que les scientifiques ont pu les multiplier, ce qui leur a permis de cultiver de nombreux organoïdes similaires à partir d’un seul échantillon de tissu.

«Ces nouveaux organoïdes dérivés du tissu fœtal peuvent offrir de nouvelles connaissances sur ce qui façonne les différentes régions du cerveau et ce qui crée la diversité cellulaire. Nos organoïdes constituent un ajout important au domaine des organoïdes cérébraux, qui peuvent compléter les organoïdes existants fabriqués à partir de cellules souches pluripotentes. Nous espérons apprendre des deux modèles pour décoder la complexité du cerveau humain”, souligne Hendriks.

«Être capable de continuer à croître et à utiliser des organoïdes cérébraux provenant de tissus fœtaux signifie également que nous pouvons apprendre autant que possible à partir de matériaux aussi précieux.» “Nous sommes ravis d’explorer l’utilisation de ces nouveaux organoïdes tissulaires pour de nouvelles découvertes sur le cerveau humain”, ajoute Hendriks.

Les minitumeurs présentant des modifications du gène du glioblastome étaient également capables de se multiplier, en conservant la même combinaison de mutations. Cette fonctionnalité signifie que les scientifiques peuvent effectuer des expériences répétées avec des organoïdes dérivés de tissus, augmentant ainsi la fiabilité de leurs résultats.

Les chercheurs visent à explorer davantage le potentiel de leurs nouveaux organoïdes cérébraux dérivés de tissus. Ils prévoient également de poursuivre leur travail avec les bioéthiciens, déjà impliqués dans la mise en place de cette recherche, pour guider le développement et les applications futurs des nouveaux organoïdes cérébraux.

Clevers estime que « cette étude apporte une contribution importante aux domaines de la recherche sur les organoïdes et le cerveau. Depuis que nous avons développé le premier organoïdes intestinaux humains en 2011, ça a été génial de voir la technologie vraiment décoller. “Depuis lors, des organoïdes ont été développés pour presque tous les tissus du corps humain, sains et malades, y compris un nombre croissant de tumeurs infantiles.”