Laboratoire

Résumé:Les chercheurs ont innové avec une méthode pour produire des mini-cerveaux cultivés en laboratoire, appelés organoïdes du cerveau humain, exempts de cellules animales, promettant une étude et un traitement plus précis des maladies neurodégénératives.

Auparavant, les organoïdes cérébraux étaient cultivés à l'aide d'une substance dérivée de sarcomes de souris appelée Matrigel, ce qui entraînait des incohérences en raison de sa composition et de sa variabilité indéfinies. La nouvelle méthode utilise une matrice extracellulaire modifiée exempte de composants animaux, améliorant ainsi la neurogenèse des organoïdes cérébraux.

Cette percée permet une reproduction plus précise des affections du cerveau humain et pourrait ouvrir la porte à un traitement personnalisé des maladies neurodégénératives telles que la SLA et la maladie d'Alzheimer.

Faits marquants:

Source:Université du Michigan

Des chercheurs de l’Université du Michigan ont développé une méthode pour produire des cerveaux miniatures cultivés artificiellement – ​​appelés organoïdes du cerveau humain – exempts de cellules animales, ce qui pourrait grandement améliorer la manière dont les maladies neurodégénératives sont étudiées et, éventuellement, traitées.

Au cours de la dernière décennie de recherche sur les maladies neurologiques, les scientifiques ont exploré l’utilisation d’organoïdes cérébraux humains comme alternative aux modèles murins.

Ces tissus 3D auto-assemblés dérivés de cellules souches embryonnaires ou pluripotentes modélisent plus fidèlement la structure complexe du cerveau par rapport aux cultures bidimensionnelles conventionnelles.

Jusqu’à présent, le réseau modifié de protéines et de molécules qui structurent les cellules des organoïdes cérébraux, connues sous le nom de matrices extracellulaires, utilisait souvent une substance dérivée des sarcomes de souris appelée Matrigel.

Cette méthode présente des inconvénients importants, avec une composition relativement indéfinie et une variabilité d’un lot à l’autre.

La dernière recherche de l'UM, publiée dans Annals of Clinical and Translational Neurology, propose une solution pour surmonter les faiblesses de Matrigel.

Les enquêteurs ont créé une nouvelle méthode de culture qui utilise une matrice extracellulaire modifiée pour les organoïdes cérébraux humains – sans la présence de composants animaux – et ont amélioré la neurogenèse des organoïdes cérébraux par rapport aux études précédentes.

"Cette avancée dans le développement d'organoïdes cérébraux humains exempts de composants animaux permettra des progrès significatifs dans la compréhension de la biologie du développement neurologique", a déclaré l'auteur principal Joerg Lahann, Ph.D., directeur de l'UM Biointerfaces Institute et Wolfgang Pauli Collegiate Professor of Génie chimique à l'UM.

"Les scientifiques ont longtemps lutté pour traduire la recherche animale dans le monde clinique, et cette nouvelle méthode facilitera le passage de la recherche translationnelle du laboratoire à la clinique."

Les matrices extracellulaires fondamentales des organoïdes cérébraux de l’équipe de recherche étaient constituées de fibronectine humaine, une protéine qui sert de structure native aux cellules souches pour adhérer, se différencier et mûrir. Ils étaient soutenus par un échafaudage en polymère hautement poreux.

Les organoïdes ont été cultivés pendant des mois, tandis que le personnel du laboratoire n’a pas pu entrer dans le bâtiment en raison de la pandémie de COVID-19.

Grâce à la protéomique, les chercheurs ont découvert que leurs organoïdes cérébraux développaient du liquide céphalo-rachidien, un liquide clair qui circule autour du cerveau et de la moelle épinière saine. Ce fluide correspondait plus étroitement au LCR adulte humain par rapport à une étude historique sur les organoïdes du cerveau humain développée dans Matrigel.

"Lorsque nos cerveaux se développent naturellement in utero, ils ne se développent bien sûr pas sur un lit de matrice extracellulaire produite par des cellules cancéreuses de souris", a déclaré le premier auteur Ayşe Muñiz, Ph.D., étudiant diplômé à l'UM Macromolecular Science. et programme d'ingénierie au moment des travaux.

"En plaçant les cellules dans une niche artificielle qui ressemble plus à leur environnement naturel, nous avons prédit que nous observerions des différences dans le développement des organoïdes qui imitent plus fidèlement ce que nous voyons dans la nature."

Le succès de ces organoïdes cérébraux humains sans xénogène ouvre la porte à la reprogrammation avec des cellules provenant de patients atteints de maladies neurodégénératives, déclare la co-auteure Eva Feldman, MD, Ph.D., directrice du Centre d'excellence SLA à l'UM et James W. Professeur distingué Albers de neurologie à la faculté de médecine de l'UM.