Des chercheurs de l’Université de Columbia ont créé des souris dotées d’un « cerveau hybride – mi-souris, mi-rat ». Elles ont pu détecter des odeurs « grâce à leurs neurones de rat ».
C’est la première fois qu’un animal est capable d’utiliser l’appareil sensoriel d’un autre pour ressentir et réagir avec précision, affirment les scientifiques. Cette recherche nous montre comment « accroître la flexibilité d’un cerveau afin qu’il puisse s’adapter à d’autres types d’entrées », analyse Kristin Baldwin, professeur de génétique à l’université de Columbia, responsable de l’étude. Parmi ces « entrées », elle évoque les interfaces homme-machine ou les cellules souches. Ces travaux ont été publiés dans la revue Cell [1]
Des « cerveaux hybrides » pour comprendre
« A l’heure actuelle, les chercheurs transplantent des cellules souches et des neurones chez des personnes atteintes de la maladie de Parkinson ou d’épilepsie, indique le professeur. Mais nous ne comprenons pas vraiment dans quelle mesure cela fonctionnera » (cf. Maladie de Parkinson : un nouvel essai clinique qui utilise l’embryon). « Grâce aux modèles de cerveaux hybrides, nous pouvons commencer à obtenir des réponses, et ce, à un rythme plus rapide qu’un essai clinique », explique-t-elle.
Les chercheurs ont déjà créé des « cerveaux hybrides » en injectant des neurones ou en transplantant des organoïdes cérébraux de la taille d’un petit pois, dans un cerveau en développement ou dans un cerveau entièrement formé, d’une souris ou d’un rat (cf. Des « embryons de synthèse » de souris développés dans un utérus artificiel). Mais « si le cerveau s’est développé jusqu’à un certain point, les cellules transplantées ne se connectent pas nécessairement de manière appropriée ».
L’utilisation de chimères
L’équipe de Kristin Baldwin a choisi d’introduire des cellules souches de rat dans des blastocystes de souris, un stade de développement obtenu quelques heures seulement après la fécondation, afin que les cellules de rat et de souris puissent « croître ensemble et s’intégrer d’elles-mêmes » (cf. Chimères hommes-animaux : des associations de défense des animaux s’insurgent).
La technique, appelée complémentation des blastocystes, est similaire à une technique utilisée pour créer des souris dotées d’un système immunitaire humain (cf. Les embryons chimériques à l’heure de la révision de la loi de bioéthique).
Un circuit neuronal hybride mais fonctionnel
Les chercheurs ont tout d’abord examiné l’endroit où les neurones de rat apparaissaient dans le cerveau de souris. Les rats se développent plus lentement et ont un cerveau plus gros, mais, ici, les cellules du rat ont « suivi les instructions de la souris », accélérant leur développement et établissant les mêmes types de connexions que leurs homologues.
« Vous pouviez voir des cellules de rat dans presque tout le cerveau de la souris, ce qui nous a assez surpris », reconnait Kristin Baldwin. « Cela nous indique qu’il existe peu d’obstacles à l’insertion ».
Les chercheurs ont ensuite vérifié si les neurones du rat avaient été intégrés dans un circuit neuronal fonctionnel, en l’occurrence une partie du système olfactif, essentiel aux souris pour trouver de la nourriture et éviter les prédateurs. En modifiant l’embryon de souris pour qu’il tue ou inactive ses propres neurones olfactifs, les chercheurs ont pu facilement déterminer si les neurones du rat avaient restauré l’odorat des animaux.
Agir sur le développement des neurones
Les chercheurs ont pu observer que les souris qui conservaient leurs propres neurones olfactifs à l’état « silencieux » réussissaient moins bien à trouver des cookies grâce à leur odorat, que les souris dont les neurones olfactifs avaient été conçus pour disparaître au cours du développement. Ce qui suggère que pour ajouter des neurones fonctionnels, il faut d’abord éliminer les cellules dysfonctionnelles.
Les scientifiques travaillent désormais à conduire les cellules à ne se développer qu’en un seul type de cellule pour permettre une expérimentation plus précise. Cela pourrait ouvrir à la création de cerveaux hybrides avec des neurones de primates dans le but de mieux comprendre les maladies humaines (cf. Les chimères singes-hommes des chercheurs source d’inquiétude).
[1] Functional sensory circuits built from neurons of two species, Cell (2024). DOI: 10.1016/j.cell.2024.03.042.
Source : Medical Xpress, Columbia University Irving Medical Center (25/04/2024) – Photo : Evgeniya Litovchenko de Pixabay
