Le modèle de cellules humaines capture pour la première fois l'interaction entre le cerveau et les muscles

Un système utilisant des cellules humaines pour modéliser la façon dont le cerveau contrôle le mouvement musculaire a été développé pour la première fois, et les scientifiques s’attendent à ce qu’il aide à comprendre les troubles neurologiques qui affectent le mouvement, y compris la SLA.

L’étude décrivant leur système modèle, « Génération d’Assembloïdes Cortico-Moteurs 3D humains fonctionnels » a été publiée dans Cell.

D’un point de vue neurologique, le mouvement volontaire peut être divisé en trois étapes générales : un signal électrique provient du cerveau, puis est transporté le long de la moelle épinière. Lorsque le signal arrive aux muscles, il les incite à se contracter, résultant en mouvement.

La SLA se caractérise par la mort des cellules nerveuses impliquées dans le mouvement moteur, par des mécanismes encore mal connus. L’étude de modèles animaux tels que les souris peut fournir des informations sur la maladie ; cependant, les systèmes nerveux des rongeurs et des humains présentent des différences fondamentales qui entravent les efforts de recherche. « La SLA a été guérie chez les rongeurs des dizaines de fois. Aucun des remèdes ne s’est traduit efficacement pour les humains. » a déclaré Sergiu Pasca, M.D., professeur à la Stanford School of Medicine et neuroscientifique et co-auteur de l’étude, dans un communiqué de presse. Pour répondre aux limites des modèles animaux, Pasca et ses collègues de Stanford et BD Biosciences ont développé un modèle du système nerveux qui utilise des cellules humaines.

Plus précisément, les chercheurs ont utilisé des cellules souches pluripotentes induites (iPSCs), un type de cellule souche qui est généré à partir de cellules matures, généralement de la peau ou des cellules sanguines, en utilisant des techniques spécialisées. Etre « pluripotent » signifie que les iPSC peuvent devenir de nombreux autres types de cellules, en fonction des signaux chimiques particuliers qui leur sont donnés.

En traitant les iPSCs avec des combinaisons spécifiques de molécules de signalisation, l’équipe de recherche a différencié les iPSCs en populations de cellules appelées sphéroïdes. Ces structures cellulaires tridimensionnelles imitent mieux la disposition des cellules dans un corps humain que l’utilisation plus traditionnelle des cellules dans les boîtes.

Dans des travaux antérieurs, les chercheurs de Stanford ont créé des sphéroïdes qui imitent étroitement l’architecture et la physiologie du cortex cérébral, une partie du cerveau qui comprend une zone qui contrôle le mouvement volontaire. Dans ce nouveau travail, les chercheurs ont modifié leur protocole pour créer deux types supplémentaires de sphéroïdes : un qui imite la moelle épinière et un autre qui imite les muscles.

Lorsque ces trois types de sphéroïdes ont été placés les uns à côté des autres dans une boîte, ils se sont combinés en structures appelées assembloïdes. En effet, ils ont formé un modèle cellulaire du cerveau, se connectant à la moelle épinière, se connectant au muscles. Une série d’expériences a démontré que ces circuits s’étaient assemblés avec précision.

« Nous avons fait les pièces, mais ils savaient comment se mettre ensemble », a déclaré Pasca.

Les assembloïdes se sont révélés fonctionnels, car la stimulation de la partie « cerveau » des assembloïdes a provoqué une contraction musculaire.

« Les muscles squelettiques ne se contractent généralement pas d’eux-mêmes », a déclaré Pasca. « Voir cette première contraction dans une boite de laboratoire immédiatement après la stimulation corticale [cérébrale] est quelque chose qui ne sera pas vite oublié. »

Les assembloïdes peuvent également être efficacement conservés en culture jusqu’à 10 semaines. « Remarquablement, plus ils [les assembloïdes] restent intacts, meilleure est la contraction », a déclaré Pasca.

« Cette fonctionnalité peut permettre un raffinement et une maturation supplémentaires des connexions », ont écrit les chercheurs. Ils ont émis l’hypothèse qu’une telle culture à long terme pourrait permettre la myélinisation – la formation de la gaine de myéline, une substance grasse autour des neurones qui est nécessaire pour une signalisation électrique efficace et qui est endommagée dans de nombreux troubles neurologiques.

« il existe un certain nombre d’applications potentielles pour cette plate-forme cellulaire qui pourraient être utilisées pour mieux comprendre l’évolution, le développement et les troubles du circuit musculaire cortico-spinal », ont écrit les chercheurs.

Leur modèle pourrait être utilisé pour mieux comprendre le fonctionnement du système nerveux humain, tant chez les personnes en bonne santé que chez celles atteintes de maladies comme la SLA, ont-ils noté. L'intégration d'autres types de cellules dans le modèle, comme les cellules immunitaires, pourrait également être utile pour comprendre des conditions telles que la sclérose en plaques, où le système immunitaire attaque le système nerveux.

En fin de compte, les assembloïdes de différentes parties du [système nerveux] pourraient permettre de comprendre l'assemblage de différents types de circuits humains et d’identifier des stratégies thérapeutiques », ont conclu les chercheurs.

Traduction : An De la Marche

Source : ALS News Today