Une avancée majeure dans le traitement des lésions cérébrales

Une étude récente publiée dans Communications naturelles ont démontré comment l’impression tridimensionnelle (3D) basée sur des gouttelettes pouvait aider à fabriquer des tissus du cortex cérébral comprenant des neurones spécifiques à une couche organisés en colonnes verticales.

Arrière-plan

Le cortex cérébral comporte six couches, divisées en couches supérieures et profondes. Les lésions de la région du cortex cérébral dues à un traumatisme crânien (TCC), une résection chirurgicale pour le cancer, l’épilepsie et un accident vasculaire cérébral peuvent endommager la fonction cognitive, altérer la motricité et entraîner une détérioration de la qualité de vie globale.

En 2018, 69 millions de personnes ont souffert d’un traumatisme crânien dans le monde, dont 4,8 millions de cas graves ou mortels. Pourtant, il existe une grave pénurie de traitements efficaces contre les lésions cérébrales.

Dans des modèles murins, l’implantation de cellules progénitrices neurales a été tentée pour réparer des lésions cérébrales. Cependant, cela n’a pas complètement restauré le tissu cérébral endommagé, car l’architecture cellulaire ne ressemblait pas à l’anatomie naturelle du cerveau.

Ainsi, l’implantation de tissus ressemblant à l’architecture cellulaire du tissu endommagé pourrait être plus efficace que les organoïdes dissociés dérivés de hiPSC dépourvus d’intégrité structurelle.

À propos de l’étude

Les neurones matures sont sensibles aux dommages lors de l’impression 3D dus aux changements de température, d’osmolarité, etc., entraînant un stress physique.

Ainsi, dans la présente étude, les chercheurs ont imprimé en 3D des progéniteurs neuraux des couches supérieures et profondes (UNP et DNP), et non leurs descendants matures, en utilisant AH016-3, une lignée de cellules souches pluripotentes induites par l’homme (hiPSC).

Ils ont appliqué une stratégie d’impression séquentielle couche par couche, dans laquelle chaque couche présentait un réseau de gouttelettes 8 × 8 × 8 étiqueté avec une couleur unique. Ils ont également imprimé en 3D des structures centimétriques aux formes diverses.

Ils ont imprimé les tissus dans de l’huile avant de procéder à un traitement prolongé des NP. Ils ont incubé des tissus corticaux dans du Neural Maintenance Medium (NMM) complété par un cocktail de facteurs de croissance comprenant des facteurs de croissance qui soutiennent la prolifération (par exemple, le facteur de croissance épidermique et le facteur de croissance des fibroblastes-2) et la survie (facteur neurotrophique dérivé du cerveau) pendant la première semaine de culture post-impression (WPP).

À la fin du premier WPP, ils ont remplacé le NMM complété par un facteur de croissance par un milieu neuronal terminal (NTM) pour favoriser la maturation du tissu cortical.

Enfin, ils ont récolté des tissus à deux, quatre et huit WPP et immunocoloré un tissu cortical représentatif de la couche profonde à 8 WPP pour révéler la structure tissulaire et la composition cellulaire, la morphologie, la migration cellulaire, l’excroissance du processus et l’expression des gènes, visualisés avec des neurones. Marqueurs.

Ils ont effectué une analyse de l’expression génique à l’aide d’une réaction en chaîne par polymérase quantitative (RT-qPCR) en temps réel pour confirmer l’identité des cellules DN et UN.

Résultats

Les chercheurs ont observé la migration et la maturation des neurones au cours in vitro culture après une impression de plus d’une semaine. Finalement, lorsque les chercheurs ont implanté les tissus corticaux imprimés dans ex vivo explants cérébraux, l’implant a formé des connexions structurelles avec les tissus hôtes et a maintenu son ion calcium (Ca²⁺) activité.

Le Ca corrélé²⁺ oscillations manifestées en raison de l’établissement précoce de la transmission de volume. Notez que Ca²⁺ L’activité ionique est une méthode de transmission de signaux neuronaux impliquant la libération non synaptique de neurotransmetteurs, qui diffusent à travers l’espace extracellulaire (ECS).

À l’avenir, les chercheurs visent à réaliser des implants après des temps d’incubation post-implantation plus longs pour obtenir une réparation plus avancée.

L’imagerie confocale par fluorescence (FC) a révélé l’excroissance du processus et la migration des neurones (processus faisant partie intégrante de la neurogenèse) de l’implant vers l’hôte, indiquant son intégration réussie dans le ex vivo explant de cerveau.

L’imagerie FC a également révélé des différences dans la distance d’excroissance et de migration dans les quatre conditions cinq jours après l’implantation (DPI).

Il est intéressant de noter que le traitement par un inhibiteur de la γ-sécrétase (DAPT) a entraîné une augmentation supplémentaire de la distance pour les conditions A (265 ± 30 μm) et B (434 ± 41 μm). En effet, ces explants implantés pourraient aider à évaluer l’effet des nutriments et du traitement DAPT sur l’implantation.

Conséquences

Avec cette approche d’étude, les chercheurs ont produit des types distincts de neurones sans manipulation génétique, ce qui a réduit les problèmes de sécurité clinique. Ainsi, dans le cas d’une lésion volumineuse, un implant avec une forme 3D et une architecture cellulaire adaptées pourrait permettre un traitement précis et restaurer la cognition.

En outre, les chercheurs pourraient extraire des NP des cellules des patients pour traiter les lésions cérébrales, car celles-ci pourraient produire des tissus corticaux encore plus réalistes.

La méthode d’étude pourrait aider à imprimer des hydrogels alternatifs chimiquement définis, par exemple le collagène et l’agarose, ce qui pourrait surmonter les limitations associées aux hydrogels dérivés de l’ECM, empêchant ainsi leur utilisation clinique généralisée.