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Les modèles organoïdes cérébraux des infections virales offrent un aperçu du développement du cerveau humain

La façon dont le cerveau humain se développe est une question fondamentale pour la neurobiologie. Comme les organoïdes cérébraux peuvent reproduire ce processus, un projet les a utilisés pour comprendre comment les infections virales peuvent altérer le développement du cerveau humain, avec l’espoir de découvrir de nouvelles thérapies antivirales.

Santé

Bien que l’étude des organismes modèles, comme les souris, ait fourni aux chercheurs des informations précieuses sur les principes sous-jacents du développement du cerveau humain, certains mécanismes semblent être particuliers à notre espèce. Le projet Spindle Brain Organoid soutenu par l’UE a utilisé des organoïdes cérébraux (structures organiques en trois dimensions comprenant des cellules souches neurales humaines et des neurones) pour étudier le développement du cerveau. Le projet a utilisé des modèles organoïdes pour étudier les infections virales dans le cerveau, en étudiant comment les virus peuvent cibler les cellules souches neurales humaines et compromettre ainsi leur capacité à générer des neurones. Les résultats aident à expliquer comment les infections virales peuvent endommager le cerveau fœtal et pourquoi ces infections sont particulièrement dangereuses pendant la grossesse. Grâce à ces modèles d’infection, il est désormais possible de mieux comprendre comment les virus se propagent dans le cerveau, d’élaborer des stratégies pour limiter les infections, et d’aider à concevoir des thérapies antivirales sélectives. Cette recherche a été entreprise avec le soutien du programme Marie Skłodowska-Curie.

La neurogenèse dans une assiette

La technique de modélisation in vitro d’organoïdes cérébraux 3D, développée dans le laboratoire Knoblich qui a hébergé le projet, peut reproduire certains des mécanismes de la neurogenèse humaine. Cela inclut les voies de différenciation par lesquelles les cellules souches pluripotentes commencent à se spécialiser. Les cellules souches neurales sont présentes au début du développement et se maintiennent à travers plusieurs cycles de division cellulaire, donnant ainsi naissance à tous les neurones du cerveau. Essentiellement, les organoïdes cérébraux sont non seulement une source importante de cellules souches neurales humaines et de neurones, mais ils reproduisent également l’organisation spatiale des cellules observée dans le cerveau en développement. Cela fournit un modèle puissant du cerveau humain. «La technique se prête également à la manipulation expérimentale et à l’édition de gènes humains, elle peut donc être utilisée pour tester de manière fonctionnelle les rôles des gènes humains et des défauts génétiques humains dans le processus de neurogenèse», ajoute Veronica Krenn, chercheuse boursière.

Présentation des charges virales

Guidés par la découverte du fait que le virus Zika pourrait cibler les cellules souches neurales humaines et modifier leur comportement pendant la neurogenèse, provoquant une microcéphalie (petite tête) chez les nouveau-nés, les chercheurs ont introduit des infections virales aux modèles d’organoïdes cérébraux pour suivre leurs impacts. Une analyse immunohistochimique sur les organoïdes témoins et infectés a été utilisée pour identifier où se trouvaient les cellules souches, quelles cellules étaient infectées et quels étaient les impacts de l’infection sur ces dernières, par exemple si elles étaient tuées pendant l’infection. L’équipe a testé la capacité de virus, dont Zika, à infecter les organoïdes et à cibler les cellules souches neurales, ainsi que l’effet de ces infections sur la survie et le comportement des cellules souches neurales et la croissance des organoïdes. Ils ont également étudié les mécanismes antiviraux que les cellules souches neurales adoptent pour lutter contre l’infection. «Ces modèles peuvent être utilisés pour étudier diverses infections et identifier des stratégies pour limiter la propagation virale afin de réduire les dommages neurologiques causés par ces infections», explique Veronica Krenn. «Des tests supplémentaires utilisant nos modèles in vitro pourraient aider à découvrir de nouvelles thérapies médicamenteuses antivirales pour prévenir les complications neurologiques associées à ces infections.» La prochaine étape consistera à utiliser ces différentes plateformes d’infection pour développer des thérapies spécifiques aux virus pour lutter contre les infections et limiter les lésions cérébrales.

Mots‑clés

Spindle Brain Organoid, cellules souches neurales, cerveau, Zika, virus, neurologique, thérapies médicamenteuses, analyse immunohistochimique, organoïdes, neurogenèse, infection

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