Le chef de groupe de la division de biologie cellulaire du laboratoire de biologie moléculaire du Medical Research Council (MRC) et une partie du campus biomédical de Cambridge au Royaume-Uni ; pourrait révolutionner l'étude du cerveau grâce à des années d'études et à quelques chances. Selon Madeline Lancaster, sa tentative de faire pousser des cellules souches neurales a échoué, mais elle n'avait aucune idée que les boules flottantes de cellules qu'elle voyait au microscope et sur sa boîte de Pétri étaient, en fait, des tissus cérébraux miniatures.
Il a réalisé des travaux novateurs dans le développement de la technologie des organoïdes cérébraux qui génère des avancées significatives dans le développement neurologique et la recherche sur les maladies. Les travaux du laboratoire Lancaster portent sur l'étude du développement du cerveau humain à l'aide d'organoïdes cérébraux. Le laboratoire utilise des mini-cerveaux pour étudier les différences les plus fondamentales entre le développement du cerveau humain et celui d'autres espèces de mammifères. Ses progrès compromettent tout ce qui se passe en termes d'études du cerveau et nous rapprochent de la réponse à une question intrigante : qu'est-ce qui fait de nous des humains ?
« J'ai entrepris de faire pousser des cellules souches neurales à la surface d'une boîte de Pétri, mais en l'espace d'une journée, j'ai réalisé que quelque chose avait mal tourné », raconte-t-il à Infobae en exclusivité lors d'un chat téléphonique. La préparation protéique que j'utilisais pour couvrir le fond du plat était assez ancienne, ce qui signifiait que les cellules ne se collaient pas comme elles le devraient, mais formaient des boules flottantes. De nombreux scientifiques auraient probablement jeté ce produit, mais je l'ai laissé continuer à croître. Très vite, j'ai pu voir des structures à l'intérieur qui, en tant que neurobiologiste, j'ai reconnu certaines caractéristiques que l'on pouvait voir dans le cerveau. »
-Cela veut dire que, comme dans d'autres cas scientifiques célèbres, le hasard était-il un ingrédient ?
C'était un hasard, c'est vrai, dans le sens où ces êtres sont juste apparus dans l'assiette du laboratoire alors que je ne m'y attendais pas. Le moment était également très bien choisi puisque la découverte a eu lieu au début de mon stage postdoctoral, ce qui m'a permis d'explorer et de laisser les observations que je pouvais faire me guider. Après l'excitation initiale, il a fallu beaucoup de travail pour transformer ces petites boules de cellules en tissus. Pendant un an, j'ai suivi mes essais et mes erreurs avec ce développement : j'ai répété ces expériences, en ajoutant différentes combinaisons de compléments alimentaires aux cellules, en enregistrant avec diligence le résultat dans mon livre de laboratoire. J'ai finalement découvert qu'un gel protéique particulier appelé Matrigel fournissait suffisamment de soutien pour permettre aux cellules de s'auto-organiser en tissus tridimensionnels.
- Ce sont les organoïdes ?
- En effet. Ces tissus tridimensionnels sont connus sous le nom d'organoïdes, ce qui signifie littéralement ressemblant à un organe, mais une alternative utilisée en laboratoire pour étudier les profondeurs du cerveau, dans ce cas, et les traitements possibles contre ses affections. C'est exactement ce que nous avons réalisé en laboratoire : ce sont des tissus organiques miniatures qui ressemblent à des tissus réels, par exemple, ils ont les mêmes types de cellules, structures et fonctions similaires. Selon le type de cellules souches utilisées, différents organoïdes se développent. Dans mon cas, j'ai utilisé des cellules neurales pour développer des organoïdes cérébraux ou « mini-cerveaux », comme on les appelle parfois, mais d'autres à Cambridge cultivent maintenant des tissus mini-pulmonaires, mini-intestinaux et mini-hépatiques.
- Quelles sont les premières étapes de l'étude du cerveau ?
- L'étude de cet organe humain pose un défi. Si les modèles animaux nous ont aidés à comprendre les mécanismes fondamentaux, ils ne peuvent que nous mener loin. Encore une fois, les neurones dérivés de cellules souches humaines cultivées en 2D ont fourni des informations précieuses sur eux-mêmes, mais les neurones n'existent pas isolément, il y a donc une limite à ce que nous pouvons comprendre sur le fonctionnement du cerveau à partir de ces études. Les organoïdes cérébraux nous donnent quelque chose qui ressemble et se comporte beaucoup plus comme la réalité. Ils nous ont permis de poser des questions sur les raisons pour lesquelles nous sommes exceptionnellement vulnérables aux problèmes neurologiques et de santé mentale tels que la schizophrénie qui ne semblent pas affecter les animaux. L'un des objectifs de mon laboratoire est de savoir ce qui rend le cerveau humain si spécial.
-La prochaine étape serait de découvrir ce qui nous différencie des animaux : comment cela peut-il être révélé ?
- Comprendre ce qui nous distingue des autres animaux est une question fondamentale. Par exemple, nous savons que les dauphins sont intelligents et ont un gros cerveau, mais ils n'ont pas de conversations Zoom ! Le cerveau des grands singes est environ trois fois plus petit que le nôtre ; en fait, mes calculs récents ont montré qu'ils avaient une taille plus proche de celle du cerveau d'une souris. Nous voulons vraiment comprendre comment se produit cette différence de taille. Nous cultivons des organoïdes à partir de cellules humaines et de nos plus proches parents vivants : les chimpanzés et les gorilles. Nous avons constaté qu'il y avait des différences très tôt dans le développement. Les cellules souches humaines étaient plus lentes que nos parents singes à passer à un état qui permettrait aux neurones de se développer. Cette variation très subtile à ce stade clé où les cellules se développent de manière exponentielle a des effets dramatiques sur le produit final.
- Quelles autres différences avez-vous détectées ?
-Nous avons également constaté que les organoïdes humains sont deux fois plus gros que ceux du chimpanzé et du gorille. Cela correspond très bien à ce que vous voyez en termes de taille du cerveau. Plus précisément, dans le cortex cérébral, le nombre de neurones dans le cerveau humain est deux fois supérieur à celui du cerveau des grands singes. Pour utiliser l'analogie d'un ordinateur : si vous placez plus d'unités centrales, vous obtiendrez plus de puissance de calcul. Je pense que c'est probablement une grande partie de ce qui se passe et qui permet aux humains d'avoir nos capacités cognitives uniques.
- Est-ce que cette façon d'enquêter prend ses distances par rapport à la façon dont cela a été fait dans le passé ?
-La science consiste toujours à explorer. Il y a cinq cents ans, les gens ont cartographié le monde : ils l'ont parcouru et l'ont traduit en documents de plus en plus précis. Maintenant, nous nous sommes tournés vers l'intérieur et nous essayons de cartographier ce qui se passe à l'intérieur de notre corps. Chaque expérience est une découverte. C'est vraiment amusant de regarder au microscope et de savoir que vous êtes la première personne dans l'histoire de l'humanité à être témoin d'un phénomène biologique particulier. C'est tellement excitant. J'aime à penser que des découvertes profondes peuvent provenir d'observations inattendues. Il y a beaucoup de chance dans la science, mais il faut aussi y être ouvert. Dans cette discipline, on nous apprend à suivre la méthode scientifique qui est très importante, mais beaucoup de personnes oublient la première étape, qui consiste à faire une bonne observation.
- Que se passe-t-il déjà avec vos organoïdes ?
-Je suis impatient de voir comment les organoïdes peuvent aider à répondre à d'autres questions de recherche. Par exemple, nous constatons un intérêt croissant pour l'utilisation de cet outil pour étudier la barrière hémato-encéphalique, l'épilepsie et la neurodégénérescence.
J'ai vraiment envie d'interagir avec d'autres chercheurs de la communauté de Cambridge. La pandémie nous a exposés à un travail collaboratif plus ouvert que la science n'avait jamais connu de cette façon dans le passé. Les échanges entre différentes spécialités, centres de recherche et universités du monde entier se sont croisés avec des bases de banques de santé préservées depuis des années et qui, grâce à leur accès, ont permis à des professionnels de toutes les disciplines de trouver de nouvelles voies, ensemble, en utilisant des connaissances issues de différents angles. Je pense qu'il est souvent facile de se concentrer sur notre domaine spécifique, mais nous pouvons apprendre beaucoup de choses dans toutes les disciplines. Souvent, nous posons des questions très similaires, mais nous les abordons sous des angles différents. Je pense qu'en fin de compte, nous aurons besoin de réponses à tous les problèmes pour comprendre ce qui fait de nous des humains.
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