Impression 3D révolutionnaire : des chercheurs de l'Université du Wisconsin-Madison développent le premier tissu cérébral humain fonctionnel,

Pour la recherche sur les troubles neurologiques

Des chercheurs de l'université du Wisconsin-Madison ont récemment réalisé une avancée significative en développant le premier tissu cérébral humain fonctionnel par impression 3D, ouvrant ainsi de nouvelles perspectives pour la recherche sur le fonctionnement du cerveau et les troubles neurologiques. L'utilisation d'une méthode d'impression 3D horizontale, combinée à la disposition précise des neurones issus de cellules souches pluripotentes induites, offre une approche novatrice favorisant la croissance des cellules nerveuses et la création de réseaux similaires à ceux présents dans le cerveau humain. Cette précision promet une meilleure compréhension des fonctions cérébrales et de leurs troubles, notamment la maladie d'Alzheimer et de Parkinson.

Cependant, une question cruciale se pose concernant la confidentialité des données informatiques et des informations personnelles collectées dans le cadre de cette recherche. Face aux enjeux éthiques liés à la manipulation de données médicales, il est impératif que les chercheurs mettent en place des mécanismes robustes pour garantir la confidentialité et la protection des données. Cette considération devient d'autant plus critique à mesure que la recherche implique la modélisation informatique avancée du tissu cérébral humain. La transparence et la mise en œuvre de pratiques de protection des données devront être rigoureuses pour assurer le respect des normes éthiques dans le domaine de la recherche médicale.


Les chercheurs de l'université du Wisconsin-Madison ont développé une plateforme de bio-impression 3D pour assembler des tissus avec des types de cellules neuronales humaines définies dans une dimension souhaitée en utilisant une bio-imprimante commerciale. Les progéniteurs neuronaux imprimés se différencient en neurones et forment des circuits neuronaux fonctionnels à l'intérieur et entre les couches de tissu avec une spécificité de quelques semaines, comme en témoignent la projection corticale-striatale, les courants synaptiques spontanés et la réponse synaptique à l'excitation neuronale.

Les progéniteurs astrocytaires imprimés se transforment en astrocytes matures avec des processus élaborés et forment des réseaux neuronaux-astrocytaires fonctionnels, comme l'indiquent les flux de calcium et l'absorption de glutamate en réponse à l'excitation neuronale dans des conditions physiologiques et pathologiques.

Ces tissus neuronaux humains conçus seront probablement utiles pour comprendre le câblage des réseaux neuronaux humains, modéliser des processus pathologiques et servir de plateformes pour tester des médicaments. Il pourrait s'agir d'un modèle extrêmement puissant qui nous aiderait à comprendre comment les cellules et les parties du cerveau communiquent chez l'homme », explique Su-Chun Zhang, professeur de neurosciences et de neurologie au Centre Waisman de l'UW-Madison. « Cela pourrait changer notre façon d'envisager la biologie des cellules souches, les neurosciences et la pathogenèse de nombreux troubles neurologiques et psychiatriques ».


Les méthodes d'impression ont limité le succès des tentatives précédentes d'impression de tissus cérébraux, selon Zhang et Yuanwei Yan, un scientifique du laboratoire de Zhang. Le groupe à l'origine du nouveau processus d'impression 3D décrit sa méthode aujourd'hui dans la revue Cell Stem Cell.

Au lieu d'utiliser l'approche traditionnelle de l'impression 3D, qui consiste à empiler des couches verticalement, les chercheurs ont procédé horizontalement. Ils ont placé des cellules cérébrales, des neurones cultivés à partir de cellules souches pluripotentes induites, dans un gel « bio-encre » plus doux que celui utilisé lors des tentatives précédentes.

« Le tissu a encore suffisamment de structure pour tenir ensemble, mais il est assez mou pour permettre aux neurones de se développer les uns dans les autres et de commencer à se parler », explique Zhang. Les cellules sont disposées les unes à côté des autres comme des crayons sur une table. « Notre tissu reste relativement fin, ce qui permet aux neurones d'obtenir facilement suffisamment d'oxygène et de nutriments à partir du milieu de croissance », explique Yan.

Les résultats parlent d'eux-mêmes, c'est-à-dire que les cellules peuvent se parler. Les cellules imprimées traversent le milieu pour former des connexions à l'intérieur de chaque...