Organoïdes cérébraux : Un nouvel outil pour la recherche sur le cerveau

Les Organoïdes Cérébraux (OC) sont de petites structures ressemblant à des cerveaux créées à partir de cellules souches humaines. Ces organoïdes poussent dans une plaque de laboratoire et ressemblent beaucoup aux tissus cérébraux humains. Les chercheurs sont super emballés par les OC car ils peuvent nous aider à en apprendre davantage sur le cerveau humain et les maladies qui y sont liées. Comme les OC partagent des traits génétiques avec la personne d'où ils viennent, ils pourraient aussi jouer un rôle dans la médecine personnalisée, ce qui veut dire que les traitements pourraient être adaptés aux patients individuels.

#L'importance d'étudier les organoïdes cérébraux

Les organoïdes cérébraux ont montré des motifs similaires à certaines maladies, comme Alzheimer et la sclérose latérale amyotrophique. En étudiant ces organoïdes, les scientifiques peuvent mieux comprendre comment ces maladies fonctionnent et potentiellement trouver de nouveaux traitements. Comme les OC peuvent être utilisés pour différents types d'expériences, comme analyser l'activité des cellules cérébrales et examiner la composition des cellules, ils offrent des aperçus précieux difficilement obtenables en étudiant de véritables tissus cérébraux humains.

#Évaluer le Métabolisme dans les organoïdes cérébraux

Pour comprendre pleinement comment fonctionnent les OC, il est essentiel de regarder leur métabolisme, c'est-à-dire comment les cellules produisent de l'énergie et gèrent les substances. Normalement, les scientifiques utiliseraient des méthodes appelées omiques pour étudier les réseaux métaboliques, mais ces techniques peuvent être coûteuses et destructrices. À la place, une méthode prometteuse est la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire (RMN). Cette technique est non destructive, ce qui veut dire qu'elle ne nuit pas à l'organoïde tout en mesurant les métabolites, les substances créées lors de l'activité cellulaire.

La RMN est particulièrement utile parce qu'elle a été largement étudiée chez des humains vivants, et les scientifiques ont établi des plages normales pour divers métabolites trouvés dans le cerveau humain. Cependant, jusqu'à présent, personne n'a utilisé cette méthode pour examiner des organoïdes cérébraux dérivés de l'homme.

#Développer une approche RMN à haute résolution

L'objectif d'une étude récente était de créer une méthode RMN à haute résolution pour analyser le métabolisme d'organoïdes cérébraux intacts à divers stades de croissance. Pour cela, les chercheurs ont utilisé une technique appelée rotation à angle magique à haute résolution (HR-MAS). Dans cette méthode, les organoïdes sont placés dans un rotor spécial et tournés à un angle spécifique pendant qu'ils sont scannés par une machine RMN. Cette rotation aide à réduire le bruit et améliore la qualité des données collectées.

Les organoïdes de l'étude ont été créés à partir de cellules souches embryonnaires humaines. Les chercheurs ont suivi un protocole spécifique pour guider les cellules à former des structures ressemblant à des cerveaux. Pour s'assurer que ces structures se développaient correctement, ils ont effectué des tests pour confirmer que les organoïdes exprimaient des marqueurs spécifiques caractéristiques des cellules cérébrales.

#Résultats clés de l'analyse RMN

Les chercheurs ont scanné un groupe de 12 organoïdes cérébraux âgés de 85 à 312 jours. Ils ont maintenu une température fraîche pour protéger les échantillons pendant l'analyse. La configuration RMN a produit des données de haute qualité pour tous les échantillons, permettant un examen détaillé du contenu métabolique.

À partir des données RMN, les chercheurs ont identifié 20 métabolites différents présents dans les organoïdes, comme le Lactate, la créatine et divers acides aminés. Beaucoup de ces métabolites se retrouvent aussi dans des cerveaux humains en bonne santé. Les résultats ont montré à la fois des similitudes et des différences entre les profils métaboliques des OC et ceux des véritables cerveaux humains.

Une observation importante était qu'un métabolite clé appelé N-acétylaspartate (NAA), qui est souvent abondant dans les cerveaux humains en bonne santé, était faible dans la plupart des OC. Cela suggère que les organoïdes cérébraux pourraient refléter un stade de développement cérébral similaire à celui d'un fœtus, où les niveaux de NAA restent bas jusqu'aux stades plus avancés de la grossesse.

#Aperçus sur les niveaux de Glutamate et de glutamine

Le glutamate et la glutamine sont des neurotransmetteurs importants dans le cerveau. Dans la plupart des cerveaux humains en bonne santé, le glutamate est présent à des niveaux élevés tandis que la glutamine est trouvée à des niveaux plus bas. En revanche, les chercheurs ont trouvé que le rapport de ces deux métabolites dans les OC était plus équilibré, voire inversé, par rapport aux cerveaux humains typiques.

Les organoïdes affichaient des signaux forts pour la glutamine mais des signaux plus faibles pour le glutamate. Cela indique que les processus métaboliques dans les OC pourraient différer de ceux des cerveaux humains adultes. Les chercheurs ont également noté que les gènes responsables de la synthèse de ces métabolites étaient exprimés à des niveaux similaires et élevés dans les organoïdes.

#Découvertes uniques liées à la taurine et au lactate

Une autre découverte intéressante était que les chercheurs ont détecté des niveaux d'un métabolite appelé hTau dans les organoïdes. Ce métabolite n'apparaît généralement pas dans les spectres RMN des cerveaux humains en bonne santé. Les niveaux élevés de hTau suggèrent un chemin métabolique distinct dans les organoïdes par rapport aux cerveaux humains vivants.

De plus, les chercheurs ont trouvé des niveaux élevés de lactate dans la plupart des organoïdes. C'est notable car les cerveaux humains en bonne santé ont généralement de faibles niveaux de lactate. L'augmentation du lactate dans les organoïdes est probablement due à un approvisionnement limité en oxygène, ce qui peut se produire au centre des organoïdes en croissance. Cela est cohérent avec une forte expression des gènes glycolytiques, qui sont responsables de la décomposition des sucres pour produire de l'énergie.

#Conclusion

En résumé, les chercheurs ont développé une méthode pour réaliser des analyses métaboliques sur des organoïdes cérébraux intacts en utilisant la spectroscopie RMN à haute résolution. Les résultats indiquent que ces organoïdes partagent des caractéristiques métaboliques avec les cerveaux humains, surtout durant les stades de développement précoce. Cependant, des différences notables existent dans certains processus métaboliques.

Comparer les données métaboliques obtenues par RMN avec les données d'expression génique met aussi en lumière des aperçus importants sur le fonctionnement de ces organoïdes. Cette recherche pointe vers l'utilité de la spectroscopie RMN à haute résolution pour évaluer la chimie et le métabolisme des organoïdes cérébraux dérivés de cellules souches humaines.

Avec d'autres études, ces données pourraient mener à des améliorations dans l'ingénierie de ces organoïdes, les rendant encore meilleurs modèles pour étudier le cerveau humain. L'objectif ultime est d'approfondir notre compréhension de la fonction cérébrale et de développer de nouvelles façons de traiter les maladies liées au cerveau.