Modélisation in vitro du système nerveux par génie tissulaire

Tissue-engineered models of the nervous system

Laboratoire d’organogenèse expérimentale (LOEX), Centre de recherche FRSQ du CHA de Québec, Hôpital du Saint-Sacrement et Département de chirurgie, Faculté de médecine, Université Laval, Québec (Québec) Canada, LOEX, Hôpital du Saint-Sacrement, 1050, chemin Sainte-Foy, Québec (Québec) G1S 4L8 Canada

^* Francois.berthod@chg.ulaval.ca

Résumé

Le système nerveux est un tissu extraordinairement complexe, exposé à des traumatismes et à des maladies dégénératives très difficiles à traiter. Pour faciliter son étude, des systèmes de culture in vitro ont été mis au point depuis de nombreuses années, soit sous la forme de cultures de neurones et de cellules gliales en monocouche, soit sous la forme de cultures organotypiques de tranches de tissu nerveux. Ces deux types de modèles ont permis de faire grandement avancer les connaissances dans le domaine des neurosciences, mais présentent toutefois des limites pour certaines études, le premier risquant d’être trop simplificateur et le second trop complexe. Le génie tissulaire appliqué aux neurosciences propose une nouvelle approche beaucoup plus polyvalente pour modéliser le système nerveux. Celle-ci consiste à reconstruire un ou plusieurs tissus en trois dimensions, en ayant le choix de chacun des éléments, cellulaire ou moléculaire, qui le ou les composent, et en ajustant le niveau de complexité que l’on souhaite atteindre en fonction des besoins. Ainsi, grâce à la technique de modélisation en trois dimensions de la moelle épinière par génie tissulaire à l’aide d’un double compartiment, il a été possible de reproduire, pour la première fois in vitro, la formation de gaines de myéline autour de l’axone de neurones moteurs. Il s’agit d’une percée qui met en évidence le potentiel prometteur du génie tissulaire dans la modélisation du système nerveux in vitro. De plus, ces modèles performants de culture en trois dimensions combinés à l’utilisation de neurones et de cellules gliales humaines adultes différenciés à partir de précurseurs neuraux tirés de tissus provenant des patients (peau, gras, moelle osseuse) ouvre des perspectives très prometteuses pour l’étude des maladies neurodégénératives.

Abstract

The nervous system is extraordinarily complex and exposed to various trauma and degenerative diseases that remain difficult to treat. To facilitate its study, in vitro models were developed by culturing neurons and glial cells in monolayer cultures, or through organotypic cultures of brain or spinal cord slices. These in vitro models were, and are still very helpful for the advancement of neurosciences. However, they are for some studies, either overly simplified, or too complex. The application of tissue engineering to neurosciences offers a new and highly versatile approach to develop accurate models of the nervous system. These models can be engineered in three-dimensions while choosing for each individual component, cellular and molecular, that will compose it. The level of complexity of the model can be adjusted from the simplest to the more complete as needed. For example, through the use of a threedimensional tissue-engineered model of the spinal cord, it was possible to reproduce the process of myelin sheath formation around motor neuron axons for the first time in vitro. This breakthrough shows the promising potential of tissue engineering in the development of powerful in vitro models of the nervous system. The combination of these models with the use of human adult neurons and glial cells obtained from the differentiation of neural precursor cells isolated from accessible tissues from patients (skin, fat, bone marrow), opens promising perspectives to better understand neurodegenerative diseases.