Des études démontrent la régénération des circuits cérébraux de souris avec des cellules souches de rat, fournissant ainsi de nouvelles informations sur la restauration neurologique et le développement cérébral d’une espèce à l’autre. Crédit : Issues.fr.com
Des équipes de recherche ont réussi à régénérer les circuits cérébraux de souris à l’aide de cellules souches de rat, en présentant une nouvelle méthode pour restaurer les fonctions cérébrales et étudier le développement cérébral entre espèces.
Ces découvertes ouvrent des possibilités pour traiter les maladies neurologiques et comprendre l’évolution du cerveau, tout en faisant allusion à de futures applications cliniques et aux défis éthiques liés à l’utilisation de techniques similaires pour la transplantation d’organes humains.
Des scientifiques régénèrent les voies neuronales de souris avec des cellules de rat
Deux groupes de recherche indépendants ont réussi à restaurer les circuits cérébraux chez la souris à l’aide de neurones dérivés de cellules souches de rat. Récemment publié dans la revue CellulesCes études fournissent des informations importantes sur le développement des tissus cérébraux et ouvrent de nouvelles possibilités pour rajeunir les fonctions cérébrales perdues à cause de la maladie et du vieillissement.
“Cette recherche aide à montrer la flexibilité potentielle du cerveau dans l’utilisation de circuits neuronaux synthétiques pour restaurer les fonctions cérébrales”, explique Kristin Baldwin, professeur à Université de Colombie à New York et auteur correspondant de l’un des deux articles. L’équipe de Baldwin a restauré les circuits neuronaux olfactifs de la souris, les neurones interconnectés du cerveau responsables du sens de l’odorat, et leur fonction à l’aide de cellules souches de rat.
Hippocampe de souris avec cellules de rat (rouge) et noyaux de cellules de souris et de rat (bleu). Crédit : M. Khadeesh Imtiaz, Centre médical Irving de l’université Columbia
Génie génétique interspécifique et ses implications
« Être capable de générer du tissu cérébral à partir d’un espèces “L’intérieur d’un autre article peut nous aider à comprendre le développement et l’évolution du cerveau chez différentes espèces”, explique Jun Wu, professeur agrégé au Southwestern Medical Center de l’Université du Texas à Dallas et auteur correspondant de l’autre article. L’équipe de Wu a développé une plateforme basée sur CRISPR qui pourrait identifier efficacement les gènes spécifiques qui pilotent le développement de tissus spécifiques. Ils ont testé la plateforme en faisant taire un gène nécessaire au développement du cerveau antérieur chez la souris, puis en restaurant le tissu à l’aide de cellules souches de rat.
Les souris et les rats sont deux espèces distinctes qui ont évolué indépendamment pendant environ 20 à 30 millions d’années. Dans des expériences précédentes, les scientifiques ont pu remplacer le pancréas chez la souris en utilisant des cellules souches de rat grâce à un processus appelé complémentation des blastocystes. Pour que ce processus fonctionne, les chercheurs injectent des cellules souches de rat dans des blastocystes de souris – des embryons à un stade précoce – qui n’ont pas la capacité de développer un pancréas en raison de mutations génétiques. Les cellules souches du rat se sont ensuite développées pour former le pancréas manquant et ont rempli sa fonction.
Des avancées dans la régénération des tissus cérébraux
Mais, à ce jour, aucune génération de tissu cérébral à l’aide de cellules souches d’une espèce différente par complémentation de blastocystes n’a été rapportée. Maintenant, en utilisant CRISPR, l’équipe de Wu a testé sept gènes différents et a découvert que l’inactivation Hex1 pourrait générer de manière fiable des souris dépourvues de cerveau antérieur. L’équipe a ensuite injecté des cellules souches de rat dans des blastocystes de Hesx1 des souris knock-out et des cellules de rat ont rempli la niche pour former un cerveau antérieur chez la souris. Les rats ont un cerveau plus gros que celui des souris, mais leur cerveau antérieur a grandi au même rythme et à la même taille que celui des souris. De plus, les neurones de rat étaient capables de transmettre des signaux aux neurones de souris voisins et vice versa.
Les chercheurs n’ont pas testé si les cellules souches du cerveau antérieur du rat modifiaient le comportement des souris. “Il n’existe aucun test comportemental efficace pour distinguer les rats des souris”, explique Wu. « Mais d’après notre expérience, il semble que ces souris dotées de cerveaux antérieurs de rat ne se comportent pas de manière inhabituelle. »
Applications avancées et perspectives d’avenir
Dans l’autre étude, l’équipe de Baldwin a utilisé des gènes spécifiques pour tuer ou faire taire les neurones sensoriels olfactifs de souris utilisés pour le sens de l’odorat et a injecté des cellules souches de rat dans les embryons de souris. Le modèle de silence imite ce que l’on observe dans les troubles neurodéveloppementaux, où certains neurones ne peuvent pas bien communiquer avec le cerveau. Le modèle de destruction a entièrement supprimé les neurones, simulant ainsi des maladies dégénératives.
Ils ont découvert que la complémentation des blastocystes rétablissait les circuits neuronaux olfactifs de la souris différemment selon le modèle. Lorsque les neurones de souris étaient présents mais silencieux, les neurones de rat contribuaient à former des régions cérébrales mieux organisées par rapport au modèle de destruction. Cependant, lorsque l’équipe a testé ces chimères rat-souris en les entraînant à trouver un cookie caché enfoui dans une cage, les neurones du rat ont été les meilleurs pour sauver les comportements du modèle meurtrier.
“Ce résultat vraiment surprenant nous permet d’examiner ce qui est différent entre ces deux modèles de maladie et d’essayer d’identifier des mécanismes qui pourraient aider à restaurer la fonction dans l’un ou l’autre type de maladie cérébrale”, explique Baldwin. Son équipe a également testé la complémentation des blastocystes dans des modèles de maladies murines en utilisant des cellules de souris dotées d’un système olfactif normal. Ils ont montré que la complémentation intraspécifique a sauvé la découverte des cookies dans les deux modèles.
Explorer les frontières de la science médicale
« Actuellement, des personnes reçoivent des greffes de neurones dérivés de cellules souches pour traiter la maladie de Parkinson et l’épilepsie dans le cadre d’essais cliniques. Dans quelle mesure cela fonctionnera-t-il ? Et les différents fonds génétiques entre le patient et les cellules greffées constitueront-ils une barrière ? Cette étude fournit un système dans lequel nous pouvons évaluer les possibilités de complémentation cérébrale de la même espèce à une échelle beaucoup plus grande qu’un essai clinique », explique Baldwin.
La complémentation des blastocystes est encore loin d’être appliquée en clinique chez l’homme, mais les deux études suggèrent que les cellules souches de différentes espèces peuvent synchroniser leur développement avec le cerveau de l’hôte.
Les scientifiques ont également expérimenté la culture d’organes humains chez d’autres espèces, comme le porc, en utilisant la complémentation des blastocystes. L’année dernière, des scientifiques ont généré des reins embryonnaires à partir de cellules souches humaines chez des porcs, offrant ainsi une solution potentielle aux nombreuses personnes en attente d’une greffe.
« Notre aspiration est d’enrichir les organes de porc avec un certain pourcentage de cellules humaines, dans le but d’améliorer les résultats pour les receveurs d’organes. Mais à l’heure actuelle, nous devons encore surmonter de nombreux défis techniques et éthiques avant de pouvoir tester cela dans le cadre d’essais cliniques », explique Wu.
Outre les implications médicales de ces études, les équipes souhaitent également utiliser cette approche pour étudier le cerveau de nombreux rongeurs sauvages qui n’étaient pas accessibles en laboratoire.
« Il existe plus de 2 000 espèces de rongeurs dans le monde. Beaucoup d’entre eux se comportent différemment des rongeurs que nous étudions habituellement en laboratoire. La complémentation interspécifique des blastocystes neuraux a le potentiel d’ouvrir la porte à l’étude du développement, de l’évolution et du fonctionnement du cerveau de ces espèces », explique Wu.
Pour en savoir plus sur cette recherche, voir Des souris modifiées avec des neurones de rat présentent des compétences sensorielles avancées.
