Des scientifiques recherchant des moyens de traiter les maladies psychiatriques ont réussi à implanter du tissu cérébral humain chez des rats nouveau-nés, où il a développé des connexions neuronales qui ont stimulé la conscience des rongeurs du monde extérieur.
Les expériences menées à l’université de Stanford sont les tentatives les plus réussies à ce jour pour faire prospérer et fonctionner les neurones humains à l’intérieur du cerveau des animaux, après plus de deux décennies de recherche à travers le monde.
Dans un test, les cellules humaines dans le cerveau des rats sont devenues électriquement actives en synchronie avec des bouffées d’air soufflées sur leurs moustaches. Dans un autre, des impulsions de lumière bleue ont été dirigées vers les neurones humains dans le cerveau hybride pour entraîner les rats à associer cela à la disponibilité d’eau potable.
Après deux semaines, la lumière dirigée vers les neurones humains a envoyé les rongeurs directement à la trombe d’eau, montrant que les cellules implantées s’engageaient dans les circuits de recherche de récompense du cerveau des rats et influençaient leur comportement d’une manière spécifique.
« Notre mission est d’essayer de comprendre les maladies psychiatriques au niveau biologique afin que nous puissions trouver des thérapies efficaces », a déclaré Sergiu Pașca, chef de projet et professeur de psychiatrie et de sciences comportementales à Stanford.
Madeline Lancaster, chef de groupe au Laboratoire de biologie moléculaire du MRC à Cambridge, qui n’était pas impliquée dans la recherche, l’a qualifié de système « excitant » pour modéliser les troubles cérébraux et le développement neuronal.
La recherche a été publiée mercredi dans Revue Nature.
Le travail s’appuie sur plus d’une décennie de recherche sur les organoïdes du cerveau humain, parfois appelés «mini-cerveaux», bien que les neuroscientifiques n’aiment pas ce terme.
Ces structures cérébrales tridimensionnelles de quelques millimètres de diamètre sont produites à partir de cellules souches issues de la peau, qui sont traitées par un cocktail biochimique. L’organoïde s’assemble en une structure avec de nombreuses caractéristiques d’un vrai cerveau.
Mais l’absence d’approvisionnement en sang ou d’apport sensoriel dans une boîte de laboratoire les empêche de se développer au-delà d’un certain point. Cela a conduit l’équipe de Stanford à implanter leurs organoïdes dans des rats nouveau-nés à partir d’une souche dépourvue de système immunitaire, ce qui leur permettrait de se développer sans rejet.
Les cellules du cerveau du rat ont ensuite migré dans les tissus humains, formant des vaisseaux sanguins et fournissant des nutriments. En même temps, les organoïdes ont formé des connexions avec des structures du cerveau de l’hôte, y compris le thalamus qui relaie les informations sensorielles au cortex.
Les scientifiques ont observé des changements dans le comportement social des rats. De manière peut-être surprenante, il n’y avait aucune différence observable entre les animaux implantés et les témoins.
Bien que les neurones humains remplissent environ 30 % d’un hémisphère cérébral, ils n’ont produit ni amélioration ni détérioration de la mémoire et du fonctionnement cognitif des rongeurs.
Pour tester la capacité de la technologie à montrer les effets moléculaires des maladies du cerveau, l’équipe a fabriqué des organoïdes à partir de personnes atteintes du syndrome de Timothy, une maladie génétique rare associée à l’autisme et à l’épilepsie.
Lorsqu’un organoïde Timothy a été implanté dans un côté du cerveau du rat et un organoïde d’une personne en bonne santé placé dans l’autre hémisphère, les chercheurs ont découvert que le premier développait des neurones beaucoup plus petits avec moins de connexions aux cellules voisines.
Pașca a déclaré que son équipe avait été « très préoccupée depuis le début par les implications éthiques de ce travail », avec des bioéthiciens de Stanford et d’ailleurs consultés sur la recherche.
Lancaster, qui a créé en 2011 le premier organoïde cérébral au monde, a souligné qu’elle n’avait aucune crainte à savoir « si les greffes humaines rendraient l’animal plus humain ».
« La taille de ces greffes est petite et leur organisation globale fait encore défaut », a-t-elle déclaré. « Il y a peu d’inquiétudes quant à leur potentiel pour des fonctions cognitives supérieures. »