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Des scientifiques ont publié une nouvelle étude dans Scientific Reports qui présente une nouvelle plateforme qui automatise la croissance d’organoïdes cérébraux, offrant ainsi aux chercheurs en neurosciences une plus grande flexibilité et un meilleur contrôle de la qualité.
« Les exigences croissantes en matière d’expériences à long terme, de reproductibilité, de parallélisation et d’analyse longitudinale orientent la culture cellulaire vers l’automatisation », écrivent les chercheurs de l’Université de Californie à Santa Cruz. « Cette étude présente une solution microfluidique automatisée pour la croissance et l’entretien des organoïdes, capable d’exister en conjonction avec d’autres dispositifs de contrôle et de détection sur l’Internet des objets, ce qui amplifie la capacité à capitaliser sur la robotique de précision pour l’expérimentation automatisée. »
L’un des plus grands défis des neurosciences est de disposer de cerveaux humains vivants pour mener des recherches. Les neuroscientifiques étudient le cerveau humain, le système nerveux central ainsi que les troubles neurologiques et psychiatriques afin de découvrir des traitements et des remèdes potentiels. Les organoïdes cérébraux, structures en 3D ressemblant à un cerveau et composées de cellules souches humaines, permettent d’étudier les maladies et les troubles du cerveau et de tester des médicaments et des traitements potentiels.
L’histoire des organoïdes cérébraux est relativement récente. En 2006, les scientifiques Shinya Yamanaka, lauréat du prix Nobel de physiologie ou de médecine 2012, et Kazutoshi Takahashi ont été les premiers à créer des cellules souches pluripotentes induites (CSPI). Le duo a créé des cellules souches en laboratoire en appliquant quatre facteurs de transcription à des cellules cutanées matures de souris. Les facteurs de transcription sont des molécules qui jouent un rôle dans la régulation de l’expression des gènes. Les facteurs de transcription sont généralement des protéines, mais ils peuvent également être constitués d’ARN non codant. En 2007, Yamanaka et d’autres chercheurs ont démontré que cette technique fonctionnait pour les cellules de la peau humaine.
Le premier groupe tridimensionnel de cellules ou organoïdes, y compris les organoïdes cérébraux, a vu le jour en 2009 grâce aux iPSC. Dix ans plus tard, en 2019, une charge utile composée d’une centaine d’organoïdes cérébraux humains dérivés de cellules souches a été envoyée à bord de la Station spatiale internationale par des chercheurs de l’Université de Californie à San Diego, en partenariat avec Space Tango, afin de faire progresser la compréhension des maladies neurologiques et d’évaluer l’impact de la microgravité sur le développement neuronal.
« Nous avons développé une plateforme de culture cellulaire microfluidique automatisée pour optimiser la croissance des organoïdes en 3D, la plateforme « Autoculture » », écrivent les chercheurs.
La plateforme Autoculture se compose d’une puce organoïde microfluidique en polydiméthylsiloxane (PDMS) avec 24 puits pouvant être contrôlés individuellement, d’une interface de contrôle, de réservoirs de réactifs réfrigérés, d’une pompe à seringue, de vannes de distribution, de réservoirs de collecte et d’un incubateur. Le PDMS est un type de silicone qui convient bien à l’étude du comportement des cellules souches neurales en raison de ses propriétés de flexibilité, de résistance à l’oxydation et de tolérance à la chaleur. Autoculture s’intègre à l’Internet des objets (IoT) avec le nuage Amazon Web Services (AWS). Elle peut être utilisée à distance pour démarrer, surveiller, arrêter, mettre en pause, modifier et concevoir des expériences à la demande.
« En réduisant les fluctuations de concentration dans les milieux de culture cellulaire grâce à une alimentation automatisée, les cultures peuvent connaître une plus grande homéostasie », ont indiqué les chercheurs.
Les chercheurs ont comparé les niveaux de stress des organoïdes produits par Autoculture par rapport à l’environnement traditionnel de culture en suspension. Selon les scientifiques, leur plateforme produit des organoïdes avec moins de niveaux de stress.
« La réduction des niveaux de stress dans les modèles d’organoïdes cérébraux est cruciale pour obtenir une pertinence physiologique », écrivent les chercheurs. « Mesuré par la réduction de l’expression des enzymes glycolytiques, l’environnement de la plateforme Autoculture permet de réduire le stress des organoïdes par rapport aux conditions traditionnelles de culture en suspension. »
Cette preuve de concept de l’automatisation de la production d’organoïdes cérébraux ouvre la voie à la robotique de précision pour accélérer la recherche et les découvertes en neurosciences à l’avenir.
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