Des scientifiques ont cultivé de minuscules organoïdes cérébraux humains dans l'espace pour explorer de nouveaux traitements contre la maladie d'Alzheimer, la maladie de Parkinson et les lésions de la moelle épinière.
L'environnement de faible gravité de la Station spatiale internationale (ISS) a permis aux chercheurs de développer des organoïdes cérébraux en seulement 72 heures, un processus qui prend généralement des mois sur Terre.
Ces organoïdes, qui sont des masses de cellules cultivées artificiellement imitant la structure et la fonction d'organes humains, ont permis aux chercheurs de tester une approche novatrice pour guérir des maladies neurologiques actuellement incurables.
Le nouveau traitement prometteur, développé par la société de biotechnologie Axonis Therapeutics, utilise un virus reprogrammé pour administrer une thérapie génique bénéfique aux cellules du système nerveux central (SNC).
Ces virus modifiés, appelés vecteurs viraux, pourraient être particulièrement utiles pour traiter les maladies d'Alzheimer et de Parkinson ainsi que les lésions de la moelle épinière. Près de 600 000 Américains reçoivent un diagnostic de maladie d'Alzheimer ou de Parkinson chaque année, et environ 18 000 nouvelles lésions de la moelle épinière surviennent chaque année aux États-Unis.
Des tests ont indiqué que le traitement proposé était efficace chez les souris. Cependant, les thérapies géniques qui fonctionnent dans des modèles de rongeurs échouent souvent chez les humains. Axonis Therapeutics avait besoin d'effectuer des tests en utilisant un modèle précis du SNC humain, ce qui les a incités à tenter de cultiver des organoïdes cérébraux humains dans l'espace.
Bien que les scientifiques puissent cultiver des cellules du SNC sur Terre, la gravité les oblige à s'organiser en couches bidimensionnelles, compliquant la culture de la structure tridimensionnelle et de la complexité fonctionnelle des groupes de cellules cérébrales.
Les organoïdes cultivés dans l'espace ont rapidement fourni un modèle très précis du cerveau humain, permettant aux chercheurs de l'ISS de tester efficacement l'efficacité du nouveau traitement par vecteur viral.
“Faire de la recherche dans l'espace n'est pas quelque chose à laquelle on penserait normalement,” a déclaré Shane Hegarty, co-fondateur et directeur scientifique d'Axonis Therapeutics. “Mais l'opportunité d'exploiter les conditions de microgravité peut libérer un grand potentiel inexploité en repoussant les limites de la science dans un environnement unique,” a-t-il ajouté.
En août 2023, Axonis Therapeutics a envoyé des flacons congelés de son vecteur viral, de neurones matures et d'astrocytes - des cellules qui soutiennent et maintiennent les cellules nerveuses - à bord d'une mission de réapprovisionnement vers l'ISS. Une équipe de chercheurs a ensuite injecté ces matériaux dans un système spécialisé de culture cellulaire appelé BioCell.
Ils ont chargé le vecteur viral avec un gène de protéine fluorescente. S'il réussissait à infiltrer les neurones et à implanter le gène à l'intérieur, ils brilleraient d'un vert fluo.
En seulement 72 heures, les cellules s'étaient non seulement organisées en organoïdes tridimensionnels du cerveau humain, mais elles brillaient également.
L'astronaute de la NASA Mike Barratt traite des échantillons d'organoïdes cérébraux à bord de l'ISS pour un autre projet de recherche mené cette année.
Les chercheurs de l'ISS ont utilisé un système de culture cellulaire spécialisé appelé BioCell pour cultiver les organites cérébraux et tester l'efficacité du vecteur viral. “Le jour charnière a été celui où l'équipage effectuait la microscopie et où nous avons vu de gros agrégats de tissus verts et brillants en 3D,” a déclaré la chercheuse Sheila Nielsen de BioServe Space Technologies, l'organisme de recherche qui a créé BioCell. “Shane et moi nous envoyions des images des organoïdes, et nous étions plutôt ravis car ce n'était pas quelque chose qu'ils avaient jamais vu sur le terrain,” a-t-elle ajouté.
Les virus sont très efficaces pour infecter les cellules et y insérer du matériel génétique, ce qui peut endommager les cellules et déclencher une réponse immunitaire. Cependant, les scientifiques peuvent reprogrammer les virus pour qu'ils transmettent des thérapies géniques bénéfiques, fournissant ainsi un traitement ciblé contre une maladie ou une blessure.
Cette étude a démontré que le vecteur viral d'Axonis Therapeutics serait capable d'administrer une thérapie génique aux neurones humains. “C'était très excitant: nous avons pu à la fois valider la capacité de ciblage de la thérapie génique et montrer que nous avons effectivement formé rapidement des modèles assembloïdes 3D du cerveau humain,” a déclaré Hegarty. “L'avancée majeure réside dans la possibilité d'auto-assembler rapidement des neurones et des astrocytes matures pour former un modèle du cerveau dans des conditions de microgravité, ce que vous ne pouvez pas faire sur le terrain.”