Au cours des dernières années, la biologie synthétique a connu un essor considérable. Avec pour objectif d’étudier la structure, la dynamique et les interactions entre les tissus, les chercheurs ont développé des méthodes pour les cultiver en laboratoire. Aujourd’hui, il est possible de cultiver des organoïdes cérébraux, cardiaques ou encore rénaux. Récemment, des biologistes sont parvenus à cultiver des organoïdes cérébraux avec des structures oculaires humaines rudimentaires pouvant percevoir la lumière. Un résultat qui aidera les chercheurs à mieux comprendre les causes des pathologies oculaires et à cultiver de futures rétines artificielles pour les greffes.
Des tissus de cerveau humain cultivés en laboratoire ont été amenés à former des yeux rudimentaires, qui répondent à la lumière en envoyant des signaux au reste du tissu cérébral. Les paires de structures semblables à des yeux créent des tissus similaires à ceux des vrais yeux, y compris une lentille ronde, qui focalise normalement une image, et une rétine, le morceau de tissu à l’arrière de l’œil qui détecte la lumière. D’une certaine manière, le tissu cérébral « voit » la lumière, explique Jay Gopalakrishnan de l’Université Heinrich Heine de Düsseldorf, en Allemagne.
Le travail aide son équipe à comprendre les causes héréditaires des maladies oculaires et pourrait nous permettre à l’avenir de cultiver des rétines artificielles comme greffes pour les personnes aveugles, explique Gopalakrishnan.
Au cours des dernières années, il est devenu possible d’encourager les cellules souches – des cellules polyvalentes similaires à celles trouvées dans les embryons – à se développer en masses sphériques de tissu cérébral pouvant atteindre trois millimètres de large, appelées organoïdes cérébraux.
Des structures oculaires percevant la lumière
L’équipe a réussi à faire en sorte que les organoïdes du cerveau forment des coupes optiques, un stade précoce de la formation des yeux, qui commence normalement lorsque les embryons humains ont environ cinq semaines. Les chercheurs l’ont fait en ajoutant de l’acide rétinoïque, un dérivé de la vitamine A impliqué dans le développement des yeux chez l’embryon, 20 jours après le début de leur développement.
Deux des structures, chacune de 0.2 millimètre de large, formaient environ 65% des 314 organoïdes cérébraux que l’équipe a traités de cette manière. En plus d’un cristallin et d’une rétine primitifs, les autres tissus oculaires observés comprennent la cornée, un tissu clair qui recouvre l’avant de l’œil et les neurones qui se sont développés de la coupe optique dans le reste du tissu cérébral.
On ne sait pas dans quelle mesure ces tissus fonctionnent de manière similaire à leurs homologues adultes, mais lorsque les organoïdes sont exposés à la lumière, des signaux électriques voyagent le long des voies neuronales, suggérant qu’une sorte d’information visuelle est transmise. Il est significatif que la plupart des organoïdes du cerveau forment une paire symétrique de coupes optiques, plutôt qu’un nombre aléatoire d’entre elles, explique Gopalakrishnan.
« Les cellules souches sont suffisamment intelligentes pour se souvenir de ce qu’elles veulent générer ». La prochaine étape de l’équipe sera d’essayer de garder les organoïdes en vie plus longtemps, car ils commencent à se détériorer après environ 80 jours en laboratoire, probablement parce qu’ils n’ont pas d’approvisionnement en sang.