Les mini-cerveaux de Néandertal poussent dans les boîtes de Pétri

  • Joseph Norman
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Les néandertaliens ont disparu il y a environ 40000 ans, mais grâce à une science de pointe, il existe maintenant un laboratoire en Californie qui a des boîtes de Pétri remplies de versions de la taille d'un pois du cerveau des hommes des cavernes..

Pourquoi les chercheurs cultivent et étudient ces mini cerveaux? La raison, disent-ils, est que ces petites bosses neurales peuvent révéler pourquoi les Néandertaliens sont morts et Homo sapiens a continué à conquérir une grande partie de la planète.

«Les Néandertaliens sont fascinants parce qu'ils ont partagé la Terre avec nous, et il existe maintenant des preuves génétiques que nous avons effectivement reproduites avec eux», a déclaré le chef de l'étude Alysson Muotri, directeur du programme sur les cellules souches de l'Université de Californie à San Diego (UCSD). [11 parties du corps cultivées en laboratoire]

Peut-être que les différences génétiques entre les cerveaux de Néandertal et humains expliquent leur disparition et notre succès, a déclaré Muotri. En d'autres termes, il est possible que les humains aient réalisé de grandes avancées technologiques parce que nous avons des réseaux de neurones sophistiqués, contrairement aux Néandertaliens..

Muotri a présenté la recherche, qui n'a pas encore été publiée dans une revue à comité de lecture, lors d'une conférence de l'UCSD intitulée Imagination and Human Origins le 1er juin..

Construire un cerveau

Pour enquêter, Muotri et ses collègues ont comparé le génome des Néandertaliens (précédemment extrait d'os fossiles et séquencé par d'autres chercheurs) avec celui des humains modernes. Sur 200 gènes candidats qui ont montré des différences significatives entre les deux espèces, les chercheurs ont décidé de se concentrer sur un seul: un régulateur maître de l'expression génique connu sous le nom de NOVA1.

Mini cerveaux humains et organoïdes ronds et sphériques. (Crédit d'image: Alysson Muotri)

NOVA1 est fortement exprimé pendant le développement neurologique et a été lié à des conditions neuronales, telles que l'autisme et la schizophrénie, a déclaré Muotri. Le gène NOVA1 est remarquablement similaire chez l'homme et chez l'homme de Néandertal - une seule paire de bases (ou paire de «lettres» d'ADN) est différente entre les deux.

Les scientifiques ont déjà cultivé des mini organes humains, appelés organoïdes, en laboratoire. Pour faire pousser des mini-cerveaux de Néandertal (que les chercheurs ont appelé de manière ludique les Néandéroïdes), ils ont utilisé l'outil d'édition de gènes connu sous le nom de CRISPR pour «néanderthaliser» les cellules souches pluripotentes humaines, ou les cellules immatures qui peuvent se développer en n'importe quelle cellule du corps, a déclaré Muotri.

Ensuite, en utilisant leur protocole interne, "nous avons persuadé les cellules souches de devenir un organoïde cérébral", un processus qui prend entre six et huit mois, a déclaré Muotri. Désormais complètement développés, les Néandéroïdes mesurent environ 0,5 cm (0,2 pouce), "vous pouvez donc les voir à l'œil nu une fois qu'ils sont mûrs", a-t-il déclaré..

Les mini-cerveaux ne peuvent pas grossir car ils ne sont pas vascularisés, ce qui signifie qu'ils n'ont pas d'approvisionnement en sang. Au contraire, les mini-cellules cérébrales (il y en a jusqu'à 400000 par cerveau) reçoivent des nutriments par diffusion.

"Il est possible qu'à l'avenir, nous puissions cultiver un plus gros organoïde", a déclaré Muotri. "Nous y travaillons en créant des vaisseaux sanguins artificiels bio-imprimés à l'intérieur."

Différences marquées

Les cerveaux humains cultivés en laboratoire sont généralement ronds, mais les Néandéroïdes ne l'étaient pas. Au lieu de cela, les mini-cerveaux de Néandertal avaient des structures tubulaires allongées qui leur donnaient une forme de pop-corn ", a déclaré Muotri.

Certaines des cellules Neanderoid ont également migré plus rapidement de la source pendant le développement, ce qui pourrait expliquer la formation inhabituelle de pop-corn, a-t-il noté. [Images 3D: Explorer le cerveau humain]

De plus, Muotri a ajouté que les Néandéroïdes n'avaient pas autant de connexions synaptiques, ou de connexions entre neurones, et avaient altéré les réseaux neuronaux. Ces caractéristiques ressemblent à des mini-cerveaux humains issus de personnes autistes, a-t-il déclaré. Cependant, il est difficile de dire ce que signifie cette similitude, le cas échéant, a-t-il déclaré.

"Une corrélation ne signifie pas qu'ils sont similaires", a déclaré Muotri. "Nous ne pouvons que spéculer à ce sujet à ce stade."

Cependant, la recherche en est encore à ses débuts et il est important de noter que le projet présente quelques limites, a déclaré Svante Pääbo, directeur de l'Institut Max Planck d'anthropologie évolutive à Leipzig, en Allemagne, qui n'a pas participé à la recherche..

"Les organoïdes sont loin de pouvoir nous dire comment fonctionnent les cerveaux des adultes", a déclaré Pääbo au magazine Science. Lui et ses collègues travaillent également à la fabrication de mini-cerveaux de Néandertal, et la méthode peut parfois introduire des mutations involontaires, a déclaré Pääbo..

Même ainsi, avec des expériences contrôlées "J'ai bon espoir que nous surmonterons ces doutes", a déclaré Pääbo à Science Magazine, ajoutant qu'il espérait comparer les Néandéroïdes avec des mini-cerveaux créés à partir de chimpanzés ou de cellules humaines..

Et après

L'équipe de Muotri s'attaque maintenant à un autre défi de type science-fiction. Ils ont mis au point un moyen pour les robots de mesurer les signaux électriques du cerveau envoyés par des mini-cerveaux humains. En connectant les robots aux mini-cerveaux, ils espèrent créer une "boucle de rétroaction d'apprentissage" qui aidera le cerveau à diriger le robot pour explorer son environnement..

"En fin de compte, nous voulons comparer l'organoïde néanderthalisé [avec le robot] pour tester sa capacité à apprendre", a déclaré Muotri..

Dans l'ensemble, la recherche sur les organoïdes peut révéler quelles variantes génétiques sont essentielles au succès humain. «En faisant cela systématiquement, nous apprendrons quelles sont les altérations génétiques qui nous ont rendus uniquement humains et pourquoi elles ont été sélectionnées positivement», a déclaré Muotri.

Article original sur .




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