Des mini-cerveaux humains créés à partir de cellules souches développent des sortes d’yeux

À l’aide des cellules souches pluripotentes induites, une équipe de scientifiques allemands a obtenu des organoïdes cérébraux ayant développé des structures oculaires rudimentaires sensibles à la lumière, capables d’envoyer des signaux au reste du cerveau.

Des structures oculaires sensibles à la lumière

Le cerveau humain est l’une des choses les plus complexes que la nature ait jamais créées. Afin de mieux le comprendre, des versions miniatures sont produites en laboratoire à partir de cellules cutanées de donneurs adultes. Celles-ci sont ensuite transformées en cellules souches et placées dans une culture imitant l’environnement d’un cerveau en développement, les poussant à se différencier en différents types de cellules cérébrales. Ce qui permet d’obtenir un modèle de cerveau tridimensionnel de la taille d’un pois pouvant être utilisé pour étudier le développement, les maladies ou les effets des médicaments.

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Dans le cadre de travaux publiés dans la revue Cell Stem Cell, des chercheurs de l’hôpital universitaire de Düsseldorf sont parvenus à cultiver des organoïdes cérébraux dotés de cupules optiques (structures oculaires localisées à l’endroit où le nerf optique rencontre la rétine), s’étant développées symétriquement à l’avant du mini-cerveau. Plus impressionnant encore, celles-ci se révélaient fonctionnelles : comportant des tissus de lentille et de cornée, elles renfermaient une gamme variée de types de cellules rétiniennes, formant des réseaux neuronaux répondant à la lumière en émettant des signaux électriques.

« Dans le cerveau des mammifères, les fibres nerveuses des cellules ganglionnaires de la rétine s’étendent pour se connecter à leurs cibles cérébrales, un aspect qui n’avait jamais été démontré auparavant dans un dispositif in vitro », explique Jay Gopalakrishnan, auteur principal de l’étude.

À partir de cellules souches provenant de quatre donneurs, l’équipe a fabriqué 314 organoïdes cérébraux répartis en 16 lots, dont environ 72 % ont développé des cupules optiques. Ces structures ont commencé à apparaître au bout d’un mois et sont arrivées à maturité après 50 jours, ce qui, selon l’équipe, correspond au délai nécessaire au développement de la rétine chez l’embryon humain. L’étude montre que la technique est reproductible, même si d’autres travaux devront être menés pour maintenir les cellules viables plus longtemps, afin de les utiliser pour des études.

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D’importantes implications

« Nos travaux mettent en évidence la remarquable capacité des organoïdes cérébraux à générer des structures sensorielles primitives sensibles à la lumière renfermant des types de cellules similaires à celles que l’on trouve dans le corps humain », explique Gopalakrishnan. « Ces organoïdes peuvent nous aider à étudier les interactions cerveau-œil pendant le développement de l’embryon, à modéliser les troubles rétiniens congénitaux et à générer des types de cellules rétiniennes spécifiques aux patients pour les tests de médicaments personnalisés et les thérapies de transplantation. »

Encore très rudimentaires, ces organoïdes cérébraux pourraient, à l’instar des chimères cultivées en laboratoire, rapidement soulever des questions éthiques. Des études antérieures ont déjà détecté des ondes cérébrales dans des organoïdes de deux mois, à peu près équivalentes à celles de bébés nés avant terme, et il est possible que la poursuite du développement conduise à des mini-cerveaux dotés d’une certaine forme de conscience. L’apport sensoriel, comme la vision, pourrait représenter un élément clé à cet égard.