Une greffe de neurones humains sur des rats ouvre des perspectives considérables

TOKYO, Japon – Des scientifiques ont greffé avec succès des cellules cérébrales humaines sur des rats nouveaux-nés, ouvrant de nouvelles perspectives sur l’étude des troubles psychiatriques complexes tels que la schizophrénie et l’autisme, et peut-être même sur les essais de potentiels traitements.

Étudier la manière dont ces pathologies se développent est incroyablement difficile car les animaux ne les vivent pas comme les humains et les humains ne sauraient être ainsi sacrifiés pour les besoins de la recherche.

Les scientifiques savaient déjà cultiver de petits morceaux de tissu cérébral humain issus de cellules souches dans des boîtes de Pétri – des expériences qui avaient déjà été faites sur plus d’une dizaine de zones du cerveau.

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Mais dans les boites de Pétri, « les neurones ne grandissent pas comme ils le feraient dans un cerveau humain », explique Sergiu Pasca, auteur principal de l’étude et professeur de psychiatrie et de sciences du comportement à l’Université de Stanford.

Et isolés d’un corps, ils ne peuvent transmettre les éventuels symptômes causés par une possible défaillance.

Pour surmonter ces difficultés, les chercheurs ont greffé des cellules cérébrales humaines, appelées organoïdes, dans le cerveau de jeunes rats.

L’âge des rats est important : des neurones humains ont déjà été greffés chez des rats adultes, mais le cerveau d’un animal cesse de se développer après un certain âge, ce qui limite la manière dont les cellules greffées peuvent s’intégrer.

A few years ago, Sergiu Pasca, MD, coaxed skin cells to form parts of the brain, dubbing the models assembloids. Now they’re being put to work to expand knowledge about the brain and brain disorders. https://t.co/lzqRglzebd@Sergiu_P_Pasca #Innovation #Neuroscience #Science pic.twitter.com/eJS0vEJ5OT

— Stanford Medicine (@StanfordMed) August 5, 2022

« La greffe chez le rat à un stade précoce permet d’obtenir des organoïdes relativement gros et vascularisés [qui reçoivent des nutriments] de la part du rat et ils sont susceptibles de couvrir environ un tiers de l’hémisphère [cérébral] de l’animal », ajoute Pasca.

Dilemmes éthiques

Pour tester la façon dont les neurones humains s’intègrent au cerveau et au corps des rats, de l’air est soufflé sur les moustaches des animaux, ce qui provoque une activité électrique dans les neurones humains.

Ce qui atteste d’une connexion d’entrée : la stimulation externe du corps du rat est prise en charge par le tissu humain à l’intérieur du cerveau de l’animal.

Les scientifiques ont ensuite testé l’effet inverse : les neurones humains peuvent-ils envoyer des signaux au corps du rat ?

Ils ont greffé des cellules cérébrales humaines modifiées sensibles à la lumière bleue, puis ils ont entraîné les rats à obtenir une « récompense » – de l’eau – lorsque la lumière bleue activait les neurones via un câble implanté dans le crâne des animaux.

D’après les conclusions de l’étude publiée mercredi dans la revue Nature, deux semaines après le début des tests, l’émission de lumière bleue avait pour effet d’envoyer les rats directement vers la source d’eau.

L’équipe a utilisé la même technique pour montrer que les organoïdes développés à partir de patients atteints du syndrome de Timothée se développaient plus lentement et affichaient une moindre activité électrique que ceux issus des personnes en bonne santé.

Une technique qui pourrait éventuellement être utilisée pour tester de nouveaux médicaments, expliquent J. Gray Camp de l’Institut Roche pour la bio-ingénierie translationnelle et Barbara Treutlein de l’ETH Zurich, qui n’ont pas pris part à cette étude.

Elle « nous conduit en territoire inconnu dans l’étude du développement, de l’évolution et des pathologies du cerveau humain », écrivent-ils, dans une critique commanditée par Nature.

Image d’illustration : neurones dans le cerveau humain. (Crédit : iStock via Getty Images)

Cette méthode pose toutefois des questions délicates. Parmi elles, quelle quantité de tissu cérébral humain peut-on ainsi greffer sur un rat avant de modifier la nature de l’animal ? En outre, serait-il éthique de l’appliquer aux primates ?

Pasca fait valoir que les limitations de la profondeur d’intégration des neurones humains dans le cerveau du rat établissent de facto des « barrières naturelles ».

Le cerveau des rats se développe beaucoup plus rapidement que le cerveau humain, « le cortex des rats ne peut donc finalement intégrer que peu de choses ».

Mais chez des espèces plus proches de l’homme, ces barrières pourraient ne pas exister, et Pasca déconseille, pour l’heure, l’application de cette technique chez les primates.

Il dit qu’il existe toutefois une « obligation morale » de trouver des moyens de mieux étudier et traiter les troubles psychiatriques.

« Certes, plus ces modèles sont proches de l’humain, plus nous nous sentons mal à l’aise », admet-il.

Mais « les troubles psychiatriques humains sont dans une large mesure uniquement humains. Il va donc falloir réfléchir très attentivement… pour savoir jusqu’où nous voulons aller avec certains de ces modèles pour pouvoir progresser ».