Des chercheurs américains ont utilisé la microscopie avancée et les mathématiques afin d’établir le schéma régissant la croissance des neurones chez le ver plat. Une découverte qui pourrait se révéler particulièrement utile dans le domaine de la bio-ingénierie. Explications.
Les scientifiques établissent le schéma du développement cérébral d’un ver
Il est courant pour les êtres vivants de développer une série répétée de caractéristiques semblables durant leur croissance : les plumes recouvrant les ailes des oiseaux ainsi que les pétales de rose peuvent par exemple avoir une longueur variable. Et il s’avère que le cerveau n’est pas différent. Dans cette nouvelle étude, parue dans la revue Nature Physics, des chercheurs de Stanford se sont appuyés sur le fait que celui-ci contienne de nombreux types de neurones distincts, devant travailler de concert pour effectuer une tâche quelconque, afin de découvrir les modèles de croissance invisibles permettant aux bons types de cellules nerveuses de s’organiser au cours du développement cérébral.
« Nous souhaitions savoir comment des cellules aux fonctions complémentaires s’arrangeaient pour bâtir un tissu fonctionnel », a déclaré Bo Wang, professeur adjoint de bio-ingénierie et coauteur de l’étude. « Nous avons choisi de répondre à cette problématique en étudiant directement un cerveau, parce qu’il était communément admis que celui-ci était trop complexe pour avoir une simple règle de structuration. Nous avons donc été particulièrement surpris lorsque nous avons découvert qu’il existait en réalité une telle règle », poursuit le scientifique.
Le cerveau en question était celui d’un planaire, un ver plat d’un millimètre de long ayant la particularité de pouvoir faire repousser n’importe quelle partie de son corps ayant été amputée, y compris sa tête.
Un réseau neuronal continu
Dans un premier temps, les chercheurs ont utilisé des teintes fluorescentes afin de marquer différents types de neurones du ver plat. Ils ont ensuite utilisé des microscopes à haute résolution afin de capturer des images de l’ensemble du cerveau et ont ensuite analysé les motifs pour voir s’ils pouvaient en déduire des règles mathématiques régissant leur construction. Ce qui leur a permis de découvrir que chaque neurone était entouré d’une douzaine de voisins semblables, mais que d’autres types de cellules nerveuses étaient intercalés entre eux. Une disposition unique permettant à différents types de neurones complémentaires d’être suffisamment proches pour travailler ensemble à l’accomplissement de tâches particulières.
Il s’avère que ce schéma se répète constamment dans l’ensemble du cerveau du ver plat afin de former un réseau neuronal continu, ce qui a permis aux chercheurs de dégager un modèle de calcul montrant que ce réseau complexe de « quartiers fonctionnels » découle de la tendance des neurones à s’agglutiner le plus étroitement possible sans toutefois être trop proches d’autres cellules nerveuses du même type. S’il serait théoriquement possible d’adapter cette méthodologie afin d’étudier la structuration neuronale du cerveau humain, les chercheurs pensent que la technique pourrait s’avérer plus utile dans le domaine émergent de l’ingénierie tissulaire.
Créer des organes entiers en « guidant » les cellules souches
L’idée de base est simple : les ingénieurs tissulaires espèrent pousser les cellules souches, ces cellules puissantes et polyvalentes à partir desquelles sont dérivés tous les types de cellules, à se différencier en diverses cellules spécialisées formant un foie, un rein ou un cœur. Mais les scientifiques devront disposer ces diverses cellules selon des modèles appropriés s’ils souhaitent que ces organes soient fonctionnels.
« La question de savoir comment les organismes se développent pour devenir des formes remplissant des fonctions utiles fascine la communauté scientifique depuis des siècles », déclare Wang. « Grâce à la technologie actuelle, nous ne sommes pas limités à la compréhension de ces schémas de croissance au niveau cellulaire et pouvons également trouver des moyens de mettre en œuvre ces règles pour des applications de bio-ingénierie. »
