Le matériel CubeLab pour l'étude Space Tango-Human Brain Organoids, qui observe la réponse des organoïdes du cerveau à la microgravité. Crédit :NASA
Les chercheurs qui étudient les maladies neurologiques sont confrontés à plusieurs défis de taille. Pour une chose, ces conditions peuvent prendre des années voire des décennies à se développer. En plus de ça, expérimenter sur le cerveau d'êtres humains en bonne santé n'est tout simplement pas éthique, et les modèles neurologiques humains appropriés n'ont pas été facilement disponibles.
Une enquête qui a envoyé des organoïdes cérébraux à la Station spatiale internationale peut aider à relever les deux défis.
L'effet de la microgravité sur les organoïdes du cerveau humain (Space Tango-Human Brain Organoids) étudie comment la microgravité affecte les fonctions de base des cellules du cerveau, y compris la survie, migration et métabolisme, et la formation de réseaux de neurones. Le cerveau humain se compose de plusieurs de ces réseaux de neurones ou de cellules nerveuses connectés entre eux pour transmettre et traiter les informations reçues de nos sens.
Les organoïdes cérébraux sont de petites masses vivantes de cellules cérébrales qui forment des réseaux neuronaux fonctionnels et s'auto-organisent en structures 3-D ressemblant à des parties du cerveau humain. Les scientifiques ont récemment commencé à utiliser ces organoïdes pour une série d'études sur le fonctionnement du cerveau ici sur Terre. Le blanc, des structures de la taille d'un pois imitent les premiers stades du développement du cerveau humain et fournissent un modèle pour étudier les processus biologiques impliqués dans les maladies neurologiques et le vieillissement.
L'enquête spatiale tire parti du fait qu'en microgravité, le corps humain subit des changements qui ressemblent à un vieillissement accéléré. Des études montrent que les parois des artères deviennent plus rigides et plus épaisses dans l'espace, par exemple, la même chose que lorsque les gens vieillissent sur Terre.
Coupe transversale d'un organoïde cérébral utilisant l'immunofluorescence pour montrer les ventricules (à l'intérieur) et une plaque corticale (à l'extérieur). Crédit :Muotri Lab/UC San Diego
« Alzheimer à début tardif, par exemple, met 60 ou 70 ans à se développer chez un individu, " a déclaré la chercheuse principale Alysson Muotri, chef d'un laboratoire de recherche à l'Université de Californie San Diego à La Jolla. "Avec des organoïdes en laboratoire, cela peut prendre le même temps. C'est long pour garder ces cellules en vie. Si nous pouvions accélérer le développement de la maladie, nous pourrions créer un modèle qui nous permettrait de voir comment les problèmes évoluent et, peut-être, comment les atténuer."
Les organoïdes ne modélisent qu'une fraction du cerveau, Muotri a expliqué, peut pourtant imiter une partie de l'organisation des tissus cérébraux. "Ils fournissent un outil pour accéder au stade de développement du cerveau, qui est une étape très importante pour la mise en place du premier câblage des réseaux de neurones, " at-il dit. " Un problème à ce stade peut vous affecter pour le reste de votre vie. "
Lorsqu'ils se sont lancés dans l'espace en juillet, les organoïdes avaient un mois, un point où leurs cellules proliféraient et se différenciaient rapidement, ou devenir différents types de cellules. Ils sont restés dans le laboratoire en orbite pendant 27 jours avant de retourner sur Terre pour analyse.
Des recherches antérieures fournissent des preuves de la façon dont certaines cellules et tissus du corps « vieillissent » plus rapidement dans l'espace. Ce sont les premiers organoïdes du cerveau humain à voyager dans l'espace, il n'est donc pas encore clair comment la microgravité peut affecter leur développement.
A première vue, Muotri dit qu'il semble que les organoïdes voyageant dans l'espace ont conservé leur forme et ont peut-être grandi. Une analyse plus poussée pourrait le confirmer et identifier tout changement dans leur ADN et l'expression de leurs gènes.
Des organoïdes cérébraux cultivés dans le laboratoire Muotri de l'Université de Californie à San Diego à La Jolla pendant un mois, puis envoyés à la Station spatiale internationale. Crédit :Muotri Lab/UC San Diego
Prendre soin des organoïdes pendant des études qui couvrent des mois, sinon des années, peut être très chronophage. L'enquête a développé un matériel spécial pour la croissance autonome des organoïdes, ce qui pourrait grandement simplifier leur utilisation pour la recherche dans l'espace et sur Terre.
En plus de faire progresser la compréhension du développement des maladies affectant le cerveau, cette recherche est fondamentale pour protéger la santé humaine pendant l'exploration spatiale.
"Nous voulons voir si les organoïdes survivent et si les cellules se répliquent et forment des connexions, " a déclaré Muotri. "Cela a des implications pour les voyages spatiaux à long terme et la colonisation des futures planètes."
Muotri dit que de futures études pourraient créer de nouveaux organoïdes à partir de cellules uniques dans l'espace, et d'autres pourraient les garder plus longtemps sur la station spatiale afin d'étudier les phases ultérieures de développement.
Pour l'instant, l'enquête actuelle fait progresser la technologie organoïde, qui aide à relever les défis liés à l'en savoir plus sur le cerveau humain.
Le laboratoire national américain de l'ISS a parrainé cette enquête et Space Tango a conçu le matériel de sa plate-forme CubeLabs.
