Des chercheurs développent des réseaux de neurones humains fonctionnant en 3D à partir de cellules souches

Selon une étude publiée dans ACS Biomaterials Science & Engineering, des chercheurs de Tufts University ont mis au point des modèles tridimensionnels (3-D) de culture de tissus humains pour le système nerveux central, reproduisant les caractéristiques structurelles et fonctionnelles du cerveau et démontrant une activité neuronale soutenue pendant plusieurs mois. Avec la capacité de peupler une matrice 3D de protéine de soie et de collagène avec des cellules de patients atteints de la maladie d'Alzheimer, de la maladie de Parkinson et d'autres conditions, les modèles tissulaires permettent l'exploration des interactions cellulaires, de la progression de la maladie et de la réponse au traitement. Les modèles de tissus cérébraux tridimensionnels résultent d'un effort de collaboration entre l'ingénierie et les sciences médicales.

Selon les chercheurs, les nouveaux modèles de tissus cérébraux 3-D surmontent un défi des modèles précédents, à savoir la disponibilité des neurones sources. Cela est dû au fait que les tissus neurologiques sont rarement prélevés sur des patients en bonne santé et ne sont généralement disponibles que post-mortem chez des patients malades. Les modèles tissulaires 3D sont plutôt peuplés de cellules souches pluripotentes induites par l'homme (CSPi) pouvant provenir de nombreuses sources, y compris la peau du patient. Les CSPi sont générés en ramenant le précurseur de type embryonnaire sur le développement cellulaire. Ils peuvent ensuite être composés à nouveau vers n'importe quel type de cellule, y compris les neurones.

Les chercheurs mentionnent que, comparée à la croissance et à la culture de cellules à deux dimensions, la matrice tridimensionnelle fournit un mélange beaucoup plus complet de cellules présentes dans le tissu neural, avec la morphologie et l'expression appropriées des récepteurs et des neurotransmetteurs.

D'autres ont utilisé les CSPi pour créer des organoïdes semblables à ceux du cerveau, qui sont de petites structures sphériques denses utiles pour comprendre le développement et la fonction du cerveau, mais peuvent rendre difficile la compréhension de ce que font les cellules individuelles en temps réel. En outre, selon les chercheurs, les cellules situées au centre des organoïdes risquent de ne pas recevoir suffisamment d'oxygène ou de nutriments pour fonctionner à l'état natif. La structure poreuse des cultures tissulaires 3D décrites dans cette étude fournit une oxygénation importante, un accès aux nutriments et une mesure des propriétés cellulaires. Une vision claire au centre de chaque matrice 3D permet aux chercheurs de visualiser la croissance, l'organisation et le comportement de cellules individuelles.

Les chercheurs envisagent de tirer davantage parti des modèles tissulaires 3D avec des techniques d'imagerie avancées et de l'ajout d'autres types de cellules, telles que la microglie et les cellules endothéliales, afin de créer un modèle plus complet de l'environnement cérébral et des interactions complexes. qui sont impliqués dans la signalisation, l'apprentissage et la plasticité, et la dégénérescence.