Cartographier le cerveau humain en développement

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Cartographier le cerveau humain en développement

Combiner les organoïdes avec la transcriptomique monocellulaire pour décoder la logique moléculaire du développement neurologique précoce

Les organoïdes cérébraux permettent aux chercheurs de recréer en laboratoire les étapes les plus précoces du développement du cerveau humain — des étapes qui ne peuvent pas être étudiées directement chez l’humain.

Ces mini-tissus 3D révèlent comment les cellules souches neurales se transforment en divers types cellulaires qui construisent les premiers circuits du cerveau.

Grâce à la transcriptomique à cellule unique, les scientifiques peuvent lire l’activité génétique de milliers de cellules individuelles à l’intérieur de ces organoïdes.

Cette vision haute résolution montre comment les programmes de développement se déploient et identifie les moments où ils dévient, offrant de nouvelles pistes sur l’origine des troubles neurodéveloppementaux.

Cultiver des modèles cérébraux en 3 dimensions

Les chercheurs cultivent des organoïdes cérébraux en guidant des cellules souches humaines à s’auto-organiser en modèles cellulaires 3D reproduisant des caractéristiques clés du développement cérébral humain précoce.
Ces tissus cultivés en laboratoire permettent d’étudier comment les cellules neurales se forment, se différencient et interagissent durant les premières étapes du développement — des processus qui ne peuvent pas être observés directement chez l’humain.

Lire l’activité génétique cellule par cellule

La transcriptomique unicellulaire mesure quels gènes sont actifs dans des milliers de cellules individuelles d’un organoïde, offrant une vue extrêmement détaillée de l’émergence de chaque type cellulaire.
Cette technologie révèle les décisions moléculaires qui guident le développement et permet de détecter des perturbations subtiles liées à des troubles neurodéveloppementaux.

Faire le lien entre développement et pathologie

En comparant des organoïdes dérivés d’individus sains et de patients portant des mutations génétiques spécifiques, les chercheurs peuvent identifier les moments précis où les trajectoires développementales divergent.
Ces différences moléculaires et cellulaires précoces mettent en lumière les origines des troubles neurodéveloppementaux et indiquent des voies qui pourraient devenir des cibles pour de futurs traitements.

Pourquoi avons-nous besoin des technologies unicellulaires ?

Le tissu cérébral précoce est extrêmement hétérogène, avec de nombreux types cellulaires qui apparaissent et changent rapidement, tandis que le séquençage en masse masque ces différences essentielles.
Les méthodes unicellulaires permettent de capturer l’activité génétique de chaque cellule individuelle, révélant des populations rares et des transitions dynamiques qui façonnent le développement précoce du cerveau.

Pourquoi le développement précoce du cerveau est-il crucial ?

C’est à ce moment que les cellules souches neurales forment les premières structures cérébrales.
De légers décalages dans le timing ou l’identité peuvent altérer le développement ultérieur.
Ces étapes précoces ne peuvent pas être observées directement chez l’humain.
Les tissus primaires de cette période sont extrêmement limités.
De nombreux troubles neurodéveloppementaux trouvent leur origine durant cette phase.

Prof. Fides Zenk, EPFL

Fides Zenk est professeure assistante en tenure-track à l’Institut Neuro-X de l’EPFL. Ses recherches explorent comment le cerveau humain se développe au niveau moléculaire en combinant des organoïdes cérébraux et des technologies de pointe en épigénomique et en analyse unicellulaire. En cartographiant la manière dont les cellules acquièrent leurs identités et comment la régulation de la chromatine influence ce processus, son équipe vise à clarifier les tout premiers événements qui guident la formation du cerveau.

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