NOUVELLES

Création du premier modèle en 3D mimant le tissu cérébral vivant

11/08/2014 03:00 EDT | Actualisé 11/10/2014 05:12 EDT

Des chercheurs américains ont créé le premier modèle en 3D mimant le tissu cérébral vivant, ce qui offre de nouvelles possibilités d'étudier le fonctionnement du cerveau, ses maladies et les effets des traumatismes, selon des travaux publiés lundi.

Ce modèle, qui reproduit une structure corticale complexe, a des réactions biochimiques et électrophysiologiques, et peut fonctionner en laboratoire pendant des mois, expliquent ces bio-ingénieurs dont la recherche paraît dans les Comptes rendus de l'Académie américaine des sciences (PNAS) datés du 11 au 15 août.

Le cerveau humain demeure l'un des organes les moins compris en raison de sa complexité et des difficultés à étudier sa physiologie chez des personnes vivantes, relèvent ces scientifiques de l'Université Tufts (Massachusetts, nord-est).

"Il existe peu de possibilités de bien étudier la physiologie d'un cerveau vivant, un champ de recherche où il faut donc trouver de nouvelles options pour comprendre et traiter un large éventail de troubles neurologiques", souligne le professeur David Kaplan, patron du département d'ingénierie biomédicale à l'Université Tuft, principal auteur de ces travaux financés par les Instituts américains de la santé (NIH).

Plutôt que de tenter de reproduire l'ensemble des circuits du cerveau, ces chercheurs ont créé un modèle modulaire reproduisant les caractéristiques les plus essentielles des fonctions physiologiques du tissu cérébral.

Chacun des modules combine deux matériaux dotés de propriétés différentes. Il s'agit d'une structure poreuse plus rigide, faite de protéines de soie, sur laquelle des neurones corticaux dérivés de cerveaux de rats peuvent s'ancrer, ainsi qu'une matrice de gel de collagène dans laquelle peuvent pénétrer les prolongements des neurones pour se connecter entre eux en 3D.

Tous ces modules ont été assemblés en cercles concentriques de manière à simuler les couches du néocortex.

"Ce tissu a maintenu sa viabilité en laboratoire au moins neuf semaines soit beaucoup plus longtemps que les cultures de cellules cérébrales dans du collagène seul", utilisé jusqu'alors, souligne Min Tang-Schomer, chercheuse à l'Université Tufts. La matrice plus rigide permet un réseau de connectivité neuronale essentielle pour l'activité du cerveau, précise-t-elle.

Avec ce modèle, les chercheurs ont pu examiner les multiples effets des traumatismes du cerveau, dont les dommages au niveau cellulaire, l'activité électrophysiologique, ainsi que les changements neurochimiques résultant de blessures.

A titre d'exemple, quand ils ont fait tomber un poids sur le modèle de tissu cérébral pour simuler un traumatisme grave, le tissu a produit de grandes quantités de glutamate, un neuro-transmetteur émis par les cellules cérébrales en réaction à une blessure du cerveau.

Pour ces chercheurs, ce modèle en 3D offre une possibilité unique de reproduire en temps réel des réactions neurophysiologiques et des fonctions cérébrales pour des expériences qui ne sont pas possibles avec des humains ou des animaux.

js/are

PLUS:hp