L’exploit d’ingénierie élargit ce que les chercheurs peuvent accomplir avec les organoïdes

Cette prouesse technique, menée par des chercheurs de l’Université Johns Hopkins et détaillée aujourd’hui dans Avancées scientifiquesélargit ce que les chercheurs peuvent accomplir avec les organoïdes, y compris les mini-cerveaux – les boules de cellules humaines cultivées en laboratoire qui imitent une partie de la structure et de la fonctionnalité d’un cerveau.

“Cela fournit un outil important pour comprendre le développement et le fonctionnement du cerveau humain”, a déclaré David Gracias, ingénieur chimiste et biomoléculaire de Johns Hopkins et l’un des créateurs. “La création de micro-instrumentation pour les mini-organismes est un défi, mais cette invention est fondamentale pour de nouvelles recherches.”

Depuis la création des organoïdes il y a plus de dix ans, les chercheurs ont modifié les cellules souches pour créer des reins, des poumons, des foies et des cerveaux à petite échelle. Les modèles miniatures complexes sont utilisés pour étudier le développement des organes. Les chercheurs étudient des organoïdes non modifiés à côté de ceux qui sont génétiquement modifiés, injectés de virus et exposés à des produits chimiques. Les organoïdes, en particulier les mini-cerveaux, sont de plus en plus importants dans la recherche médicale car ils peuvent être utilisés dans des expériences qui nécessiteraient autrement des tests sur des humains ou des animaux.

Mais parce que l’appareil conventionnel pour tester les organoïdes est plat, les chercheurs n’ont pu examiner que des cellules limitées à leur surface. Savoir ce qui arrive à un plus grand nombre de cellules dans l’organoïde aiderait à comprendre le fonctionnement des organes et la progression des maladies, a déclaré Gracias.

“Nous voulons obtenir des informations d’autant de cellules que possible dans le cerveau, nous connaissons donc l’état des cellules, comment elles communiquent et leurs schémas électriques spatio-temporels”, a-t-il déclaré.

Les humains “ne sont pas” Flat Stanley “”, a déclaré la co-auteure Lena Smirnova, associée de recherche au Département de santé et d’ingénierie environnementales de la Bloomberg School. “Les mesures à plat ont des limites inhérentes.”

Inspirée par les calottes crâniennes à électrodes utilisées pour détecter les tumeurs cérébrales, l’équipe a créé de minuscules calottes EEG pour les organoïdes cérébraux à partir de feuillets en polymère auto-pliables avec des électrodes métalliques conductrices revêtues de polymère. Les microcapsules enveloppent l’intégralité de la forme sphérique d’un organoïde, permettant l’enregistrement 3D de toute la surface, de sorte que, entre autres, les chercheurs puissent écouter la communication électrique spontanée des neurones lors des tests de dépistage de drogue.

Les données devraient être supérieures aux lectures de courant des électrodes conventionnelles sur une plaque plate.

“Si vous enregistrez à partir d’un plan plat, vous n’obtenez que des enregistrements du bas d’une sphère organoïde 3D. Cependant, l’organoïde n’est pas simplement une sphère homogène”, a déclaré le premier auteur Qi Huang, candidat au doctorat en génie chimique et biomoléculaire. “Il y a des cellules neuronales qui communiquent entre elles, c’est pourquoi nous avons besoin d’une cartographie spatio-temporelle.”

Avec des informations plus détaillées sur les organoïdes, les chercheurs peuvent étudier si les produits chimiques utilisés dans les produits de consommation causent des problèmes de développement du cerveau, a déclaré le co-auteur Thomas Hartung, directeur du Center for Alternatives to Animal Testing à la Johns Hopkins Bloomberg School of Public Health.

“Certains produits chimiques comme les pesticides sont particulièrement suspects car beaucoup tuent les insectes en endommageant leur système nerveux”, a déclaré Hartung. “Les retardateurs de flamme sont une autre classe de produits chimiques qui nous préoccupe.”

Les chercheurs espèrent que les lectures des bouchons pourraient réduire le nombre d’animaux nécessaires pour tester les effets chimiques. Les tests traditionnels d’un seul produit chimique nécessitent environ 1 000 rats et coûtent environ 1 million de dollars, a déclaré Hartung. Les résultats des organoïdes sont également plus pertinents, a-t-il ajouté, car les cerveaux humains sont très différents des cerveaux de rats et de souris.

Les co-auteurs de l’étude incluent Bohao Tang, July Carolina Romero, Yuqian Yang, Gayatri Pahapale, Tien-Jung Lee, Itzy E. Morales Pantoja, Cynthia Berlinicke, Terry Xiang, Mallory Solazzo et Brian S. Caffo de l’Université Johns Hopkins, Saifeldeen Khalil Elsayed et Zhao Qin de l’Université de Syracuse, et Fang Han de l’Université de Washington.