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Le SCK CEN cultive des cerveaux miniatures

Les cerveaux miniatures doivent améliorer les connaissances sur les effets des radiations

SCK CEN - Highlights - Inhoudstafel (2021)

Les scientifiques du SCK CEN cultivent des cerveaux artificiels dans une boîte de Pétri. Ces cerveaux miniatures, dont la taille est à peine celle d'un grêlon, sont très semblables au cerveau humain à certains égards. Cette technique innovante permet de mieux étudier les divers effets des rayonnements.

SCK CEN - Jaarverslag Highlights (2021)

Le partage des connaissances est essentiel pour réaliser des progrès scientifiques. Si nos prédécesseurs n'avaient pas pris la peine de partager leurs connaissances, la science n'aurait jamais atteint ce stade. Les scientifiques se plongent donc dans la littérature ou écument les conférences - quand les restrictions liées au coronavirus ne les en empêchent pas. Parfois, ils découvrent des résultats ou des techniques étonnants, qui leur permettent de donner un nouveau souffle à leurs propres recherches. Il en a été de même pour l'examen neurologique au SCK CEN. « Nous avons découvert que Jay Gopalakrishnan, professeur à l'université de Düsseldorf, utilise des organoïdes cérébraux - des cerveaux cultivés artificiellement - comme modèle pour étudier la microcéphalie induite par le virus Zika. Dans le cas de la microcéphalie, le cerveau ne se développe pas complètement : les enfants naissent avec un crâne trop petit et un handicap mental », explique Roel Quintens, radiobiologiste au SCK CEN. « Nous étudions la microcéphalie qui peut se manifester à un stade embryonnaire après une exposition aux radiations ».

Le centre de recherche nucléaire pourrait utiliser cette technique pour améliorer les connaissances précédemment accumulées sur l'impact des rayonnements ionisants sur le développement du cerveau. « Par rapport aux adultes, le cerveau d'un fœtus en développement est extrêmement sensible aux rayonnements. Dans l'incertitude, il est actuellement déconseillé aux femmes enceintes de passer un scanner ou de subir une radiothérapie. Pour la mère elle-même, toutefois, un retard de diagnostic ou de traitement peut avoir des conséquences plus graves que les effets des radiations sur le fœtus. Dès lors, ces connaissances sont cruciales », ajoute Mieke Verslegers, radiobiologiste au SCK CEN.

La première expérience d'irradiation de cerveaux miniatures a fourni des résultats prometteurs.
Nous avons alors su avec certitude que nous devions explorer davantage cette voie.
Roel Quintens
SCK CEN - Highlights - Miniatuurhersenen (2021)

Amélioration des connaissances

Les scientifiques du SCK CEN sont convaincus que les organoïdes cérébraux peuvent les aider à cerner les effets des radiations. « En collaboration avec le professeur Gopalakrishnan de Düsseldorf, nous avons réalisé une première expérience sous rayonnement. Et les résultats étaient prometteurs. Les cerveaux miniatures irradiés se sont développés plus lentement que leurs homologues non irradiés. Et cet effet dépendait de la dose : plus la dose de radiation était élevée, plus les cerveaux miniatures étaient petits. Nous avons alors su avec certitude que nous devions explorer davantage cette voie », déclare Roel Quintens (SCK CEN). Tel est l'objet de l'étude menée par Jessica Ribeiro, qui consacre son doctorat à ce sujet. « En 2020, nous avons mis au point le processus de culture. Ensuite, nous exposerons dans un premier temps le cerveau artificiel à de fortes doses de radiations afin de pouvoir observer des effets clairs. Cela nous fournit un cadre de référence quand nous réduirons systématiquement la dose et étudierons les effets de ces doses », précise-t-elle.

SCK CEN - Highlights - Miniatuurhersenen (2021)

Processus de culture

Les cerveaux miniatures sont obtenus à partir de cellules souches, qui peuvent se développer en n'importe quelle cellule du corps. Jessica Ribeiro (SCK CEN) : « Pour qu'elles se développent en cellules cérébrales, nous devons leur faire croire qu'elles sont des cellules cérébrales. Nous devons donc tromper les cellules souches et nous le faisons en leur donnant les bons nutriments. Avec les bons nutriments, les cellules commencent à se diviser, à s'interconnecter et donc à s'organiser pour former un cerveau humain en développement. En vingt jours, nous obtenons un mini-cerveau, sur lequel nous pouvons faire des tests. » Le mini-cerveau embryonnaire n'est pas plus gros qu'un grêlon, mais à certains égards, il ressemble beaucoup à la structure d'un cerveau humain. Cela permettra aux scientifiques de mieux étudier le cerveau humain et de tester d'éventuels médicaments qui suppriment les voies de signalisation impliquées dans la microcéphalie.

Pour la mère elle-même, toutefois, un retard de diagnostic ou de traitement peut avoir
des conséquences plus graves que les effets des radiations sur le fœtus.
Mieke Verslegers

Suite de l'étude

Le SCK CEN utilisera également les cerveaux miniatures dans d'autres recherches sur le cerveau. Ainsi, le futur doctorat porte sur l'utilisation d'organoïdes cérébraux pour étudier le glioblastome, la forme la plus mortelle de cancer du cerveau. Le cancer récidive souvent après le traitement. En moyenne, l'espérance de vie des patients est inférieure à quinze mois après le diagnostic. Seuls quelques-uns survivent à plus long terme : 25 % atteignent deux ans et moins de 10 % cinq ans.

Recherche neurologique au SCK CEN

Ce projet innovant s'inscrit dans le cadre plus large de la recherche neurologique au SCK CEN. Cette recherche porte sur l'impact des rayonnements ionisants sur le développement cérébral des embryons et des enfants atteints de tumeurs cérébrales, qui doivent subir une radiothérapie à un jeune âge. Les chercheurs du SCK CEN étudient le lien entre le rayonnement et le déclin cognitif et les changements de comportement. « Est-ce que cela est à l'origine du vieillissement prématuré et de la maladie d'Alzheimer ? Ou sont-ils exposés à un risque plus élevé de développer l'épilepsie ? Quels types de cellules jouent un rôle dans ce domaine ? Nous essayons de formuler une réponse à ces questions », conclut Mieke Verslegers.

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