Les «mini-cerveaux» pourraient-ils remplacer les modèles animaux en laboratoire?

Les modèles animaux pour les maladies sont une partie essentielle des essais de médicaments, du moins pour le moment. De nouvelles recherches sur une nouvelle manière de produire des cellules cérébrales pourraient conduire à une méthode plus rentable et plus éthique de tester les médicaments du futur.
Les applications pour le mini-cerveau couvrent presque la totalité de la recherche neuropharmacologique.
Crédit d'image: Dr. Thomas Hartung, École de santé publique John Hopkins Bloomberg

Les essais sur les animaux sont presque aussi anciens que la science médicale elle-même, mais leur histoire et leur utilité ne les empêchent pas d'être un sujet controversé.

Tous les itinéraires possibles pour minimiser leur utilisation sont sans cesse poursuivis.

Des centaines de milliers d'animaux sont utilisés chaque année pour la recherche neurologique. Cependant, environ 95% des médicaments qui montrent du succès chez les animaux ne fonctionnent pas chez l'homme.

Des recherches révolutionnaires sur la croissance du tissu cérébral fonctionnel devraient remplacer notre dépendance vis-à-vis des créatures.

Les chercheurs de l'école de santé publique John Hopkins Bloomberg, à Baltimore, au Maryland, espèrent que leurs nouveaux mini-cerveaux pourraient éventuellement remplacer la recherche neurologique standard basée sur les animaux.

La naissance du mini-cerveau

Le Centre des alternatives à l'expérimentation animale (CAAT) de Johns Hopkins est à l'avant-garde des méthodes de culture cellulaire depuis 35 ans. Le Dr Thomas Hartung et son équipe du CAAT travaillent au développement de cerveaux miniatures composés de neurones interconnectés authentiques.

Actuellement, les cultures cellulaires humaines ne comprennent qu'un seul type de cellule et ces cellules ne sont en aucune façon interconnectées. Les cellules sont souvent générées par une tumeur réséquée ou des cellules souches embryonnaires, qui portent toutes deux leurs propres problèmes éthiques.

Les mini-cerveaux révolutionnaires du Dr. Hartung sont découpés dans un autre tissu. Ils sont construits en utilisant des cellules de peau de patients sains "reprogrammés" pour devenir des cellules souches. En tant que telles, ces cellules, appelées cellules souches pluripotentes induites (CSPi), contournent le champ de mines éthique.

Les cellules sont génétiquement adaptées pour entrer dans un état analogue à celui des cellules souches embryonnaires et stimulées pour se développer dans les cellules du cerveau.

Taille, usage et praticité

On espère que ces boules de cellules seront utiles pour étudier l'étiologie et le traitement de nombreuses maladies, notamment la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et l'autisme. Des projets utilisant les mini-cerveaux pour étudier les infections virales, les traumatismes et les accidents vasculaires cérébraux sont déjà en cours.

Les mini-cerveaux, de 350 µm seulement, sont constitués de 10 000 à 20 000 cellules cérébrales individuelles. Environ 100 de ces groupes de cellules identiques peuvent facilement être cultivés dans une seule boîte de Petri. Contrairement aux cultures cellulaires standard, ils contiennent une gamme de cellules cérébrales connectées fonctionnelles, notamment des astrocytes et des oligodendrocytes.

Les mini-cerveaux imitent le cerveau embryonnaire et les chercheurs sont en mesure d'observer la croissance et la surveillance des gaines de myéline du nerf à mesure qu'elles développent une signalisation électrique spontanée.

Le Dr Hartung demande à breveter les mini-cerveaux et a créé une société appelée ORGANOME sur le marché et les vend aux laboratoires.

Dans tout type de recherche, le coût sera toujours une préoccupation; Nouvelles médicales aujourd'hui a demandé au Dr Hartung comment ces cerveaux miniatures se comparaient financièrement à l'utilisation de modèles de souris existants. Il a déclaré qu'un "prix pour les mini-cerveaux n'a pas été fixé, mais sera dans l'ordre de grandeur d'un rat de laboratoire (20-30 dollars)".

Bien entendu, le coût du rat lui-même ne représente qu'une petite partie du coût d'un test sur les animaux. Le Dr Hartung poursuit en expliquant qu '«une étude de neurotoxicité pour le développement, pour laquelle notre modèle est prédestiné, utilise 1 400 rats et coûte environ 1,4 million de dollars pour une substance». Faire de mauvais choix dans les essais de médicaments peut être extrêmement coûteux.

L'avenir du mini-cerveau

L'équipe espère que l'avenir du mini-cerveau sera brillant. Les utilisations potentielles sont légion et les développements utilisant de nouveaux types de cellules ouvriront encore plus les possibilités.

En utilisant des cellules de peau d'individus atteints de maladies génétiques, les chercheurs pourront expérimenter sur des lignées cellulaires présentant des modifications génétiques spécifiques. Le Dr Hartung pense que les cerveaux seront utiles dans la recherche sur les drogues illicites, les cigarettes électroniques, les agents chimiques de menace et les modèles d’infection.

MNT demandé si l'équipe prévoyait d'augmenter la taille des cerveaux à l'avenir pour ajouter des niveaux de complexité supplémentaires. Dr. Hartung a dit:

"Le premier problème est l’apport d’oxygène et de nutriments au centre. Nous nous arrêtons à une taille où cela n’est pas limitatif. Le développement continu du cerveau conduit également à la formation de nombreuses structures, ce qui les rend difficiles à contrôler.

Chaque mini-cerveau est alors un individu. Nos balles de cellules, au bout de 10 semaines, sont homogènes et identiques, un grand avantage pour comparer les effets des substances. "

L'avenir du mini-cerveau semble certainement brillant. Une sélection facilement reproductible de cellules neurales identiques, expédiée à votre laboratoire pour le prix d'une souris. Cela pourrait peut-être signifier la fin des essais sur les animaux en recherche neurologique.

MNT Des recherches récentes ont porté sur la façon dont les cerveaux miniatures issus des cellules de la peau pourraient donner un aperçu de l'autisme.

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