Comment l’innovation des cellules souches a-t-elle mené des recherches avancées en neurosciences?

Les scientifiques développent le tissu cérébral humain avec une activité neuronale qui dure pendant des mois.

Source: geralt / pixabay

L’un des facteurs déterminants dans l’étude du cerveau humain est la capacité de mener des recherches sur les tissus cérébraux humains fonctionnant réellement. En conséquence, de nombreuses études scientifiques sont menées sur les rongeurs en tant que proxy chez les mammifères. L’inconvénient de cette approche est que les cerveaux de rongeurs ont des structures et des fonctions différentes. Selon Johns Hopkins, du point de vue structurel, le cerveau humain est composé d’environ 30% de neurones et de 70% de cellules gliales, alors que le cerveau de souris présente le rapport opposé [1]. Les chercheurs du MIT ont découvert que les dendrites de neurones humains transportaient des signaux électriques différemment des neurones de rongeurs [2]. Une alternative innovante consiste à développer le tissu cérébral humain en utilisant la technologie des cellules souches.

Les cellules souches sont des cellules non spécialisées qui donnent naissance à des cellules différenciées. C’est une découverte relativement récente remontant aux années 80. Les cellules souches embryonnaires ont été découvertes en 1981 par Sir Martin Evans de l’Université de Cardiff au Royaume-Uni, puis à l’Université de Cambridge, lauréat du prix Nobel de médecine en 2007 [3].

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En 1998, des cellules souches embryonnaires humaines isolées ont été cultivées dans un laboratoire par James Thomson de l’Université du Wisconsin à Madison et John Gearhart de l’Université Johns Hopkins à Baltimore [4].

Huit ans plus tard, Shinya Yamanaka de l’Université de Kyoto au Japon a découvert une méthode permettant de transformer les cellules de la peau de souris en cellules souches pluripotentes en utilisant un virus pour introduire quatre gènes [5]. Les cellules souches pluripotentes ont la capacité de se développer en d’autres types de cellules. Yamanaka et John B. Gurdon ont remporté le prix Nobel de physiologie ou de médecine 2012 pour la découverte que les cellules matures peuvent être reprogrammées pour devenir pluripotentes [6]. Ce concept est connu sous le nom de cellules souches pluripotentes induites, ou iPSC.

En 2013, une équipe de chercheurs européens, dirigée par Madeline Lancaster et Juergen Knoblich, a mis au point un organoïde cérébral tridimensionnel (3D) utilisant des cellules souches pluripotentes humaines qui «atteignent environ quatre millimètres et peuvent survivre jusqu’à 10 mois». . [7]. »Il s’agissait d’une avancée majeure dans la mesure où les modèles de neurones antérieurs étaient cultivés en 2D.

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Plus récemment, en octobre 2018, une équipe de scientifiques dirigée par Tufts a développé un modèle 3D de tissu cérébral humain présentant une activité neuronale spontanée pendant au moins neuf mois. L’étude a été publiée en octobre 2018 dans ACS Biomaterials Science & Engineering, une revue de l’American Chemical Society [8].

De la découverte initiale de cellules souches chez la souris aux modèles de réseaux de neurones humains 3D en croissance à partir de cellules souches pluripotentes en moins de 40 ans, le rythme des progrès scientifiques a été exponentiel. Ces modèles 3D de tissus cérébraux humains peuvent aider à faire avancer la recherche sur de nouveaux traitements pour la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson, la maladie de Huntington, la dystrophie musculaire, l’épilepsie, la sclérose latérale amyotrophique (également appelée SLA ou maladie de Lou Gehrig) et de nombreuses autres affections du cerveau. Les outils utilisés par les neurosciences pour la recherche évoluent en sophistication et les cellules souches jouent un rôle important dans l’accélération des progrès au profit de l’humanité.

Copyright © 2018 Cami Rosso Tous droits réservés.

Références

1. Hendricks, Melissa. “Le modèle de la souris: moins que parfait, toujours inestimable.” Johns Hopkins . Octobre 2010. Extrait de https://www.hopkinsmedicine.org/institute_basic_biomedical_sciences/news_events/articles_and_stories/model_organisms/201010_mouse_model.html.

2. Rosso, Cami. «Pourquoi le cerveau humain présente-t-il une intelligence supérieure?» Psychology Today. 19 octobre 2018.

3. Université de Cardiff. «Sir Martin Evans, prix Nobel de médecine». Extrait le 23 octobre 2018 à l’adresse http://www.cardiff.ac.uk/about/honours-and-awards/nobel-laureates/sir-martin-evans.

4. Vues de coeur . «Chronologie des cellules souches». 2015 avril-juin. Récupéré le 23/10/2018 de https://www.ncbi.nlm.nih.gov/pmc/articles/PMC4485209/#

5. Scudellari, Megan. “Comment les cellules iPS ont changé le monde.” Nature . 15 juin 2016.

6. Le prix Nobel (2012-10-08). «Prix Nobel de physiologie ou de médecine 2012 [ Communiqué de presse ]. Extrait le 23 octobre 2018 à l’adresse https://www.nobelprize.org/prizes/medicine/2012/press-release/.

7. Rojahn, Susan Young. «Les scientifiques développent des tissus cérébraux humains en 3D.» MIT Technology Review . 28 août 2013.

1. Cantley, William L .; Du, Chuang; Lomoio, Selene; DePalma, Thomas; Peirent, Emily; Kleinknecht, Dominic; Hunter, Martin; Tang-Schomer, Min D.; Tesco, Giuseppina; Kaplan, David L. «Modèles de réseaux de neurones humains 3D fonctionnels et durables à partir de cellules souches pluripotentes.» ACS Biomaterials Science & Engineering, une revue de l’American Chemical Society . 1er octobre 2018.