Des scientifiques créent un mini-cerveau humain à partir de cellules souches

Atlantico : Des chercheurs ont extrait des cellules souche pour en faire un mini-cerveau. Pouvez vous nous dire en quoi ont consisté ces travaux ? Pourquoi avoir voulu étudier le gène PTEN ? Quel était le but premier de cette opération ?

Ari Massoudi : La particularité du cerveau humain (et des mammifères supérieurs en général) est sa taille relativement importante par rapport au reste du corps, mais surtout de l’existence d’un cortex cérébral richement développé. Le cortex est la substance grise périphérique des hémisphères cérébraux, siège des fonctions cognitives, c'est-à-dire de l’intelligence (mémoire, langage, raisonnement, apprentissage, résolution de problèmes, prise de décision, notion du temps, perception ou attention …). Le cortex du cerveau des mammifères supérieurs présente la particularité d’avoir de nombreuses circonvolutions qui augmentent de façon remarquable la surface du cortex cérébral, à la différence des mammifères inférieurs (comme le lapin par exemple) qui eux ont un cerveau lisse et donc à volume égal, ils ont moins de cortex. 

Afin d’étudier la croissance, la structure et l'organisation du cortex humain, les chercheurs de l'Institut Whitehead ont utilisé les cellules progénitrices neurales humaines pour qu'elles se différencient en un amas de tissu neural mimant ainsi in vitro le cerveau et plus précisément la partie la plus externe du cerveau, c'est-à-dire le cortex cérébral. Ces “mini” cerveaux obtenus in vitro sont désignés “organoïdes cérébraux”. 

Leur objectif était d'étudier le rôle du gène PTEN  car ce gène était déjà connu pour son rôle dans des anomalies du développement cérébral chez des enfants atteints de macrocéphalie. Ils ont ainsi démontré le rôle du gène PTEN dans la formation des circonvolutions du cerveau Humain.

Comment s'est déroulée l'expérience ? Quelles ont été les différentes phases de recherche ? 

Lorsque le gène PTEN est absente dans les cellules progénitrices neurales, ces dernières se multiplient de façon importante, puis lorsqu’elles se différencient en neurones matures, l'effet ultime est la formation circonvolution dans les organoïdes cérébraux obtenus in vitro. A l’inverse, dans les cellules progénitrices normaux où le gène PTEN est présente et s’exprime, ces cellules se multiplient moins rapidement et produisent moins de neurones matures, et les organoïdes sont lisses cad sans circonvolutions. 

Quelles pourraient être les applications de ces résultats ? L'étude fait un lien avec le virus Zika notamment. 

Par cette manipulation génétique (absence de PTEN), les auteurs ont réussi à obtenir in vitro des organoïdes cérébrales avec des circonvolutions, des “mini” cerveaux humains !  Ensuite, les auteurs ont utilisé leur modèle de formation de “mini” cerveaux pour étudier l'effet du virus Zika. Comme suspecté, le virus Zika empêche la formation de circonvolutions dans les organoïdes cérébraux (expliquant les retards mentaux des nouveau-nés infectés par ce virus).

L'intérêt majeur de cette étude est le développement du modèle d’organogenèse neurale (organoïde cérébral) qui permettra de mieux comprendre les processus moléculaires, cellulaires et anatomiques du développement du cerveau humain, et la formation de circonvolutions chez les mammifères.

Et avec leur modèle de développement de cerveau in vitro, ils ouvrent également la voie pour l'identification des cellules affectées par le virus Zika dans le cerveau.