Des chercheurs ont imprimé en 3D du tissu cérébral en couches (rouge et bleu) à l’aide de cellules souches, intégrées au tissu cérébral de souris (bleu)
Les chercheurs ont utilisé des cellules souches neurales humaines pour imprimer en 3D du tissu cérébral fonctionnel qui imite l’architecture du cortex cérébral, la couche la plus externe du cerveau. Cette technique révolutionnaire a le potentiel de fournir des réparations individualisées aux lésions cérébrales.
Notre cerveau possède une architecture délicate et complexe qui peut être endommagée par un traumatisme, un accident vasculaire cérébral, l’épilepsie et une opération chirurgicale d’ablation de tumeur, entraînant des difficultés de communication, de mouvement et de cognition. Les cellules souches implantées ont le potentiel de faire repousser les tissus cérébraux endommagés, mais jusqu’à présent, il s’est avéré difficile de recréer l’architecture du cerveau à l’aide de ces cellules.
Dans une nouvelle étude, des chercheurs de l’Université d’Oxford ont fabriqué un tissu cérébral à deux couches en imprimant en 3D des cellules souches neurales humaines qui, une fois implantées dans le tissu cérébral de souris, s’y sont intégrées à la fois structurellement et fonctionnellement.
« Notre technique d’impression par gouttelettes fournit un moyen de concevoir des tissus vivants en 3D avec les architectures souhaitées, ce qui nous rapproche de la création de traitements d’implantation personnalisés pour les lésions cérébrales », a déclaré Linna Zhou, l’une des auteurs correspondants de l’étude.
Les cellules souches pluripotentes induites par l’homme (hiPSC: Human induced pluripotent stem cells) ont un grand potentiel d’utilisation dans les thérapies régénératives tissulaires. Ce sont des cellules souches artificielles dérivées de cellules somatiques qui ont été génétiquement reprogrammées dans un état semblable à celui d’une cellule souche embryonnaire, ce qui leur confère la capacité unique de se différencier en n’importe quel type de cellule du corps.
Dans la présente étude, les chercheurs ont d’abord différencié les hiPSC en deux types de cellules progénitrices neurales conçues pour former les couches supérieures et profondes du cortex cérébral. Ces progéniteurs spécifiques à une couche ont été utilisés pour créer deux bio-encres qui ont été imprimées dans des tissus en couches à l’aide de l’impression de gouttelettes 3D, une sorte d’impression qui permet la production de tissus mous sans échafaudage.
Les cellules progénitrices imprimées ont pu mûrir avant que les tissus en couches ne soient implantés dans le tissu cérébral vivant de souris, où leur croissance et leur activité ont été surveillées pendant une semaine.
Schéma du processus depuis la différenciation des cellules souches jusqu’à l’implantation du tissu cérébral à deux couches imprimé en 3D
Les tissus implantés ont montré une forte intégration avec les cellules cérébrales de la souris, notamment la formation de processus neuronaux – les projections en forme de doigt qui conduisent et transmettent les signaux nerveux – et la migration des neurones à travers la frontière entre l’implant et l’hôte. Les cellules implantées ont également montré une activité de signalisation corrélée avec les cellules hôtes, indiquant que les cellules communiquaient entre elles et démontraient une intégration fonctionnelle et structurelle.
« Le développement du cerveau humain est un processus délicat et élaboré avec une chorégraphie complexe », a déclaré Zoltán Molnár, un autre auteur correspondant de l’étude. « Il serait naïf de penser que l’on puisse recréer l’intégralité de la progression cellulaire en laboratoire. Néanmoins, notre projet d’impression 3D démontre des progrès substantiels dans le contrôle du destin et de la disposition des iPSC humaines pour former les unités fonctionnelles de base du cortex cérébral. »
Comme le cortex cérébral humain comporte jusqu’à six couches de cellules nerveuses, les chercheurs prévoient d’affiner la technique d’impression de gouttelettes 3D pour créer des tissus multicouches plus complexes qui imitent de manière plus réaliste l’architecture du cerveau. Outre l’utilisation potentielle du tissu imprimé dans la réparation des lésions cérébrales, ils affirment qu’il pourrait également être utilisé dans le test de drogues, dans les études sur le développement du cerveau et pour améliorer notre compréhension de la cognition.
« Cette avancée marque une étape importante vers la fabrication de matériaux ayant la structure et la fonction complètes des tissus cérébraux naturels », a déclaré Yongcheng Jin, auteur principal de l’étude. « Ces travaux offriront une occasion unique d’explorer le fonctionnement du cortex humain et, à long terme, ils offriront de l’espoir aux personnes souffrant de lésions cérébrales. »
