L’impression 3D de cellules neurales s’avère prometteuse pour réparer les lésions cérébrales

L’impression 3D de cellules neurales s’avère prometteuse pour réparer les lésions cérébrales

Horodatage: 4 octobre 2023 12h04
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04 oct.2023 (Actualités Nanowerk) Une technique révolutionnaire développée par des chercheurs de l'Université d'Oxford pourrait un jour fournir des réparations sur mesure aux personnes souffrant de lésions cérébrales. Les chercheurs ont démontré pour la première fois que les cellules neurales peuvent être imprimées en 3D pour imiter l’architecture du cortex cérébral. Ces résultats ont été publiés dans la revue Communications Nature (« Intégration de tissu cortical cérébral imprimé en 3D dans une tranche de cerveau lésée ex vivo »). Les lésions cérébrales, notamment celles causées par un traumatisme, un accident vasculaire cérébral ou une intervention chirurgicale pour traiter une tumeur cérébrale, entraînent généralement des lésions importantes du cortex cérébral (la couche externe du cerveau humain), entraînant des difficultés au niveau de la cognition, du mouvement et de la communication. Par exemple, chaque année, environ 70 millions de personnes dans le monde souffrent d’un traumatisme crânien (TCC), dont 5 millions sont graves ou mortels. Il n’existe actuellement aucun traitement efficace contre les lésions cérébrales graves, ce qui entraîne de graves conséquences sur la qualité de vie. Les thérapies régénératives tissulaires, en particulier celles dans lesquelles les patients reçoivent des implants dérivés de leurs propres cellules souches, pourraient constituer une voie prometteuse pour traiter les lésions cérébrales à l’avenir. Cependant, jusqu’à présent, il n’existait aucune méthode permettant de garantir que les cellules souches implantées imitent l’architecture du cerveau. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs de l’Université d’Oxford ont fabriqué un tissu cérébral à deux couches en imprimant en 3D des cellules souches neurales humaines. Lorsqu’elles ont été implantées dans des tranches de cerveau de souris, les cellules ont montré une intégration structurelle et fonctionnelle convaincante avec le tissu hôte. La structure corticale a été constituée de cellules souches pluripotentes induites par l'homme (hiPSC), qui ont le potentiel de produire les types de cellules trouvés dans la plupart des tissus humains. L’un des principaux avantages de l’utilisation des hiPSC pour la réparation tissulaire est qu’elles peuvent être facilement dérivées de cellules récoltées sur les patients eux-mêmes et ne déclencheraient donc pas de réponse immunitaire. Les hiPSC ont été différenciées en cellules progénitrices neurales pour deux couches différentes du cortex cérébral, en utilisant des combinaisons spécifiques de facteurs de croissance et de produits chimiques. Les cellules ont ensuite été suspendues en solution pour générer deux « bio-encres », qui ont ensuite été imprimées pour produire une structure à deux couches. En culture, les tissus imprimés ont conservé leur architecture cellulaire en couches pendant des semaines, comme l'indique l'expression de biomarqueurs spécifiques à chaque couche. Schéma illustrant comment les cellules cultivées ont été suspendues dans une « bio-encre », chargées dans une imprimante 3D et imprimées pour créer une structure 3D à deux couches Des gouttelettes contenant des progéniteurs neuraux dérivés d'iPSC humaines ont été imprimées en 3D pour former du tissu cortical cérébral à 2 couches, qui a été cultivé avant implantation dans une tranche de cerveau de souris. DNP : progéniteurs neuronaux des couches profondes ; UNP : progéniteurs neuronaux des couches supérieures. (Image : Yongcheng Jin, Université d'Oxford) Lorsque les tissus imprimés ont été implantés dans des tranches de cerveau de souris, ils ont montré une forte intégration, comme le démontre la projection de processus neuronaux et la migration des neurones à travers la frontière implant-hôte. Les cellules implantées ont également montré une activité de signalisation, en corrélation avec celle des cellules hôtes. Ceci indique que les cellules humaines et de souris communiquaient entre elles, démontrant ainsi une intégration fonctionnelle et structurelle. Les chercheurs ont maintenant l'intention d'affiner davantage la technique d'impression de gouttelettes pour créer des tissus complexes du cortex cérébral multicouche qui imitent de manière plus réaliste l'architecture du cerveau humain. Outre leur potentiel de réparation des lésions cérébrales, ces tissus modifiés pourraient être utilisés dans l’évaluation de médicaments, dans des études sur le développement du cerveau et pour améliorer notre compréhension des fondements de la cognition. Cette nouvelle avancée s'appuie sur l'expérience de dix ans de l'équipe dans l'invention et le brevetage de technologies d'impression 3D pour les tissus synthétiques et les cellules cultivées. L'auteure principale, le Dr Linna Zhou (Département de chimie, Université d'Oxford), a déclaré: «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.» Une masse de cellules fluorescentes avec de longues projections Tissu cortical cérébral à deux couches imprimé en 3D, visualisé dans une tranche de cerveau de souris. Les cellules neurales implantées ont été marquées avec des marqueurs fluorescents (bleu et rouge sur l'image). (Image : Yongcheng Jin, Université d'Oxford) L'auteur principal, le professeur agrégé Francis Szele (Département de physiologie, d'anatomie et de génétique, Université d'Oxford) a ajouté : « L'utilisation de tranches de cerveau vivantes crée une plate-forme puissante pour interroger l'utilité de l'impression 3D dans réparation cérébrale. Il s'agit d'un pont naturel entre l'étude in vitro du développement de la colonne corticale imprimée en 3D et son intégration dans le cerveau de modèles animaux de blessures. L'auteur principal, le professeur Zoltán Molnár (Département de physiologie, d'anatomie et de génétique, Université d'Oxford) a déclaré : « Le développement du cerveau humain est un processus délicat et élaboré avec une chorégraphie complexe. 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 CSPi humaines pour former les unités fonctionnelles de base du cortex cérébral. L'auteur principal, le professeur Hagan Bayley (Département de chimie, Université d'Oxford) a déclaré : « Cette entreprise futuriste n'aurait pu être réalisée que grâce aux interactions hautement multidisciplinaires encouragées par la Martin School d'Oxford, impliquant à la fois le Département de chimie d'Oxford et le Département de physiologie, d'anatomie et La génétique.'

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