Génération de neurones humains fonctionnels à partir de cellules de peau reprogrammées
06/02/2013

Dans un article publié dans la revue Neuron, des chercheurs menés par Pierre Vanderhaeghen, investigateur WELBIO à l'IRIBHM, Université Libre de Bruxelles et au ULB Neuroscience Institute (UNI), Belgique, en collaboration avec les laboratoires de Afsaneh Gaillard (INSERM/U. Poitiers), Serge Schiffmann (Faculté de Médecine, ULB) et Michele Giugliano (U. Antwerpen), ouvrent de nouvelles perspectives sur l'étude du cortex humain, en décrivant pour la première fois, la genèse de neurones corticaux humains à partir de cellules souches pluripotentes, et leur transplantation fonctionnelle chez la souris.

Comme expliqué en vidéo par le Dr. Vanderhaeghen, le cortex cérébral est la structure la plus complexe et essentielle de notre cerveau. Il est le siège des fonctions "supérieures" qui caractérisent notre espèce, comme le langage, la pensée abstraite... Les cellules nerveuses ou neurones qui le constituent sont les éléments essentiels de son bon fonctionnement, et la cible de nombreuses maladies neurologiques et psychiatriques (épilepsies, retards mentaux, autisme, Alzheimer).

Il est donc essentiel d'étudier les neurones du cortex humain, son développement et ses dysfonctionnements, mais comment ? Comme le cortex cérébral a considérablement évolué dans notre espèce, il présente bon nombre de différences qui limitent l'intérêt des modèles animaux. Par ailleurs, il est évidemment très difficile, sur le plan éthique et technique, d'étudier du cortex humain natif.

L'équipe du Dr. Vanderhaeghen avaient précédemment montré comment générer des cellules de cortex cérébral à partir de cellules souches embryonnaires de souris (Gaspard et al. Nature 2008), mais la question restait ouverte de l'applicabilité à l'espèce humaine, y compris à des cellules souches non-embryonnaires, de ces découvertes.

Les chercheurs ont ici utilisé au départ des cellules souches pluripotentes humaines issues de reprogrammation à partir de cellules de peau de donneurs sains. Ils ont ensuite développé un système de culture de ces cellules, pour les transformer efficacement en l'ensemble des cellules nerveuses (neurones) qui composent normalement le cortex cérébral. Le système récapitule ainsi les grandes étapes du développement cérébral humain, permettant la production de cellules nerveuses corticales qui se révèlent fonctionnelles et essentiellement comparables à celles de cortex cérébral humain natif (Figure à gauche).

130206 Espuny Camacho Fig 2Dans un deuxième temps, les chercheurs ont testé le potentiel de ces neurones corticaux humains dans un organisme entier (in vivo), par transplantation dans le cerveau de souris nouveau-né. De façon remarquable, les chercheurs ont pu observer que les neurones humains transplantés s'intègrent de façon efficace dans le cerveau de souris, et peuvent même se connecter avec celui-ci de façon fonctionnelle (Figure à droite).

Les chercheurs ont ainsi réalisé un modèle expérimental de cortex cérébral humain, outil novateur d'étude du cortex et de ses pathologies. En outre, ces recherches montrent qu'il est désormais possible de produire des neurones de cortex à partir de cellules de peau reprogrammées en cellules pluripotentes.

Ces avancées ont des implications importantes, à la fois fondamentales et appliquées. Sur le plan fondamental, ces recherches permettront de mieux comprendre les mécanismes à la base de l'évolution du cerveau humain, qui est essentiellement lié au développement du cortex. Sur le plan appliqué, ce modèle offre pour la première fois la possibilité de réaliser des expériences fonctionnelles sur des neurones corticaux humains porteurs de maladies (en particulier: épilepsie, autisme, Alzheimer), dans le contexte physiologique d'un cerveau de souris. Il permettra ainsi de mimer de la façon la plus fidèle possible une partie de la complexité de certaines pathologies neurologiques.

Espuny-Camacho et al. Pyramidal Neurons Derived from Human Pluripotent Stem Cells Integrate Efficiently into Mouse Brain Circuits In Vivo. Neuron (2013) 77: 440-456


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