Un cerveau hybride homme-souris apparaît ! Une recherche de 7 ans de l'Université de Stanford publiée dans Nature

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Les organoïdes cérébraux humains sont désormais combinés avec succès avec des cerveaux de souris entre les mains des scientifiques.

Et si vous touchez les moustaches d’une souris, ces cellules cérébrales peuvent réagir normalement.

Les résultats de cette recherche menée à Stanford ont été publiés dans le dernier numéro de Nature.

Quelle est la profondeur de la combinaison de ce « cerveau hybride homme-souris » ?

Selon les propres mots de l'auteur correspondant Sergiu Pasca, neuroscientifique à Stanford : C'est comme ajouter un nouveau transistor à un circuit.

Que diable se passe-t-il ?

Intégration du tissu cérébral humain dans le cerveau du rat

Pour que cela soit clair, nous devons commencer par les

organoïdes

. Les organoïdes sont une collection de cellules cultivées à partir de cellules souches humaines telles que les cellules souches embryonnaires et les cellules souches pluripotentes induites.

Ces dernières années, les organoïdes ont constitué un point chaud universitaire dans le domaine des neurosciences, car ces micro-organes tridimensionnels contiennent certaines caractéristiques clés de leurs organes représentatifs et peuvent être utilisés pour simuler le développement humain et les maladies in vitro.

En d’autres termes, à l’aide d’organoïdes, les scientifiques peuvent observer directement diverses structures des reins, des intestins et même du cerveau dans une boîte de Pétri pour explorer les mécanismes neuronaux sous-jacents.

La commodité est la commodité, mais les organoïdes ont aussi de nombreuses limites.

Par exemple, bien que les organoïdes cérébraux puissent imiter le cerveau humain, ils sont difficiles à établir des connexions neuronales comme un vrai cerveau et ne peuvent pas être intégrés à d'autres circuits neuronaux qui contrôlent le comportement.

Des chercheurs de l'Université de Stanford visent à briser cette limitation.

Leur plan expérimental est le suivant :

Tout d'abord, utiliser des cellules souches humaines pour cultiver une structure semblable à un cerveau similaire au cortex cérébral.

Ensuite, transplantez-le dans le cortex somatosensoriel du cerveau de rats athymiques âgés de seulement 2-3 jours. Cette zone du cerveau du rat reçoit des signaux des moustaches et d'autres organes sensoriels et les transmet à d'autres zones du cerveau.

Le nombre de rats nouveau-nés participant à l'expérience est d'environ 100. Ils sont tous implantés dans la même partie de l’organoïde cérébral afin que les scientifiques puissent mieux suivre son développement.

Au début, ces tissus cérébraux humains ne mesuraient qu'environ 5 mm de long, mais après 6 mois, ils occupaient 1/3 de l'hémisphère cérébral du rat.

La raison pour laquelle ces tissus cérébraux humains peuvent se développer est que les cellules endothéliales de rat y ont rapidement pénétré et ont formé des vaisseaux sanguins. Les vaisseaux sanguins fournissent des nutriments et des substances de signalisation aux cellules humaines et évacuent les déchets métaboliques.

Les chercheurs ont également observé que des cellules immunitaires résidentes dans le cerveau des rats apparaissaient également dans des tissus cérébraux humains transplantés.

De plus, les résultats expérimentaux montrent que les neurones des organoïdes ont réussi à établir un mécanisme de travail dans le cerveau du rat et à s'intégrer aux propres circuits neuronaux du rat.

En d'autres termes, ces tissus cérébraux humains ont été mélangés au cerveau du rat et

en font partie

 ! À cette époque, les chercheurs ont découvert que les cellules humaines du cortex somatosensoriel des souris réagissaient également lorsqu'elles touchaient leurs moustaches.

De plus, les chercheurs ont également spécialement traité certains tissus cérébraux humains afin que les neurones individuels puissent être activés par la lumière bleue de fréquences spécifiques.

Les rats implantés avec ces tissus cérébraux humains ont participé à un nouvel entraînement : des fibres optiques ultra-fines étaient implantées dans leur cerveau. Lorsque ces fibres optiques émettaient de la lumière bleue, ils pouvaient boire l'eau du robinet.

Les résultats ont montré que ces rats ont appris à associer la lumière bleue à l'eau potable. Cela a montré que les cellules cérébrales humaines implantées étaient réellement impliquées dans le travail du cerveau du rat.

Il convient de noter que les chercheurs ont mentionné que les organoïdes cérébraux transplantés dans des cerveaux de rats ont une forme et une fonction plus complexes que les organoïdes cérébraux cultivés in vitro.

Quelle est la signification ?

Les scientifiques ont exprimé leur espoir de

explorer davantage les maladies neurodégénératives humaines et les maladies mentales grâce à de telles expériences

, puis de développer de nouveaux médicaments efficaces. L'épilepsie, la maladie d'Alzheimer, le syndrome de Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique dont on entend souvent parler sont toutes des maladies neurodégénératives.

Afin de mieux comprendre l'activité des tissus cérébraux chez les patients atteints de maladies neurologiques, Cette recherche a duré au total 7 ans.

Dans l'une des expériences, les chercheurs ont implanté des organoïdes cérébraux cultivés à partir de cellules souches de patients atteints du syndrome de Timothy (TS) dans un côté du cerveau de souris, et dans un autre côté, des organoïdes cérébraux provenant d'humains en bonne santé ont été utilisés à des fins de comparaison.

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(

Le syndrome de Morsey est une maladie génétique rare dans laquelle les patients sont sujets à l'arythmie)Après cinq à six mois d'implantation chez la souris, ils ont observé que la maladie Les cellules seront plus petites et se livrent à une activité électrique très différente de celle des cellules cérébrales saines.

Et la morphologie des dendrites aux terminaisons des neurones TS a été considérablement modifiée.

Une analyse plus approfondie a révélé qu'à un stade de différenciation similaire, le schéma de ramification dendritique du TS t-hCO dans le cerveau des rats était anormal, alors que la ramification dendritique du TS t-hCO cultivé in vitro ne montrait pas cette situation.

Les chercheurs ont souligné que le schéma de ramification dans le cerveau des rats était anormal, ce qui concorde avec leurs recherches antérieures sur cette maladie.

On peut voir que l'effet de la révélation de phénotypes de maladies en implantant des cerveaux de type humain dans des rats est assez bon.

De manière générale, ces recherches ont attiré l'attention de nombreuses personnes dans les domaines biologique et médical.

Madeline A. Lancaster

(Madeline A. Lancaster)

, membre du Conseil de recherches médicales de Cambridge, Royaume-Uni, a commenté :

Cette recherche est globalement assez progressive et offre une nouvelle façon de comprendre les maladies liées au dysfonctionnement des cellules cérébrales. . méthode.

Il convient de noter que cette recherche a également soulevé de nouvelles questions éthiques. Le monde extérieur craint que ces « hybrides humains + autres biologiques » nuisent gravement au bien-être animal et créent même des « hommes-rats ».

Mais en fait, il semble qu'aucun problème majeur ne soit survenu jusqu'à présent, et les souris ne sont pas devenues plus intelligentes grâce à l'implantation de cerveaux semblables à ceux des humains.

Un rapport publié l'année dernière par l'Académie nationale des sciences, de l'ingénierie et de la médecine déclarait : « Les organes semblables au cerveau provenant de l'homme sont encore trop primitifs pour former la conscience ou l'intelligence humaine. »

Professeur Pascal, l'auteur correspondant de cet article. , a déclaré que depuis À en juger par leur processus expérimental et leurs résultats, les rats ont très bien toléré les organoïdes du cerveau humain et la transplantation n'a pas causé de problèmes tels que l'épilepsie.

Malgré cela, de nombreuses voix du doute subsistent dans la communauté universitaire.

Arlotta, membre de l'équipe de l'Académie nationale des sciences, a un point de vue différent. Elle estime qu'avec le développement de la science, de nouveaux problèmes sont susceptibles de surgir.

Elle a déclaré que le thème de « l'intégration des organes humains avec d'autres organismes » devait faire l'objet d'une attention constante et ne devait pas être discuté une seule fois puis ignoré.

En particulier pour les primates tels que les singes et les orangs-outans, ils ressemblent davantage aux humains, de sorte que les organes semblables au cerveau humain sont susceptibles de se développer plus maturement et d'avoir un plus grand impact sur le comportement animal.

À cet égard, le professeur Pascal a déclaré qu'ils ne mèneraient pas de telles recherches à l'avenir et n'encourageraient pas les autres à mener de telles recherches.

De plus, certains chercheurs ont souligné les limites de cette étude :

Bien que les résultats de l'implantation de « mini-cerveaux humains » chez des rats soient meilleurs que d'autres expériences animales précédentes, en raison des limitations de temps, d'espace et d'espèces croisées, etc. , même lorsqu'ils sont transplantés à des stades précoces de développement, ils sont incapables de former des circuits neuronaux humains hautement réductibles.

Bennett Novitch, membre du Centre de recherche biomédicale et sur les cellules souches de l'UCLA, a également commenté :

L'utilisation de rats implantés avec du tissu cérébral humain pour tester des médicaments est réalisable pour de petites études, mais ce n'est toujours pas réalisable pour les sociétés pharmaceutiques car elles ont besoin de rapidité et échelle.

Équipe de recherche

L'équipe qui a mené cette étude provenait du Département de psychiatrie et des sciences du comportement et du Département de médecine comparée de l'Université de Stanford.

Co-stars : Omer Revah, Felicity Gore et Kevin W. Kelly.

Omer Revah, PhD en physiologie et neurosciences computationnelles de l'Université hébraïque. Après avoir obtenu son doctorat, il a travaillé comme chercheur postdoctoral au Département de psychiatrie et des sciences comportementales de l'Université de Stanford. Médecine à l'Université hébraïque.

Felicity Gore est actuellement engagée dans des recherches au département de bio-ingénierie de l'Université de Stanford.

Kevin W. Kelly, actuellement engagé dans des recherches en neurosciences et génomique au Département de psychiatrie et des sciences du comportement de Stanford.

L'auteur correspondant Sergiu Pasca

est actuellement professeur au Département de psychiatrie et des sciences du comportement de l'Université de Stanford.

Adresse papier :

​https://www.nature.com/articles/s41586-022-05277-w​

参考链接：
[1]https://www.nature.com/articles/d41586-022-03238-x
[2]https://www.washingtonpost.com/science /2022/10/12/cerveau-tissus-rats-stanford/

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