Troubles liés à la consommation de drogues sont en augmentation dans le monde entier, et peu de personnes reçoivent un traitement pour ces affections.1 En particulier, l’abus d’opioïdes sur ordonnance et la popularité croissante de ces médicaments Fentanyl, un opioïde synthétique a conduit à une crise des opioïdes en Amérique du Nord.2
Pour lutter contre cette épidémie, les National Institutes of Health (NIH) ont lancé l’initiative Helping to End Addiction Long-term (HEAL) en 2018. Dans le cadre de cet effort, les scientifiques du NIH National Center for Advancing Translational Sciences (NCATS) dirigé par Marc Ferrer et Emilie Lee développé une nouvelle façon de dépister les traitements pour les troubles liés à l’usage d’opioïdes (OUD), qu’ils ont décrit dans un récent Biologie des communications papier.3 « Nous recherchions des modèles (3D) que nous pourrions réutiliser pour cribler des composés afin de cibler cette initiative », a déclaré Lee. « Nous avons rapidement réalisé que les modèles existants n’étaient pas adaptables au criblage à haut débit. »
Pour tester rapidement des dizaines de milliers de composés, les chercheurs ont dû mesurer des centaines de puits en quelques minutes à l’aide d’un lecteur de plaques. Ils ont découvert que les organoïdes cérébraux, qui se développent à partir de populations de cellules souches ou progénitrices et se différencient en groupes complexes récapitulant la morphologie in vivo, étaient trop hétérogènes et mettaient trop de temps à mûrir pour être utilisés dans leurs cribles à haut débit.
Comme alternative, l’équipe de Lee et Ferrer a mis au point un moyen innovant de fabriquer des sphéroïdes spécifiques à une région du cerveau adaptés à leurs besoins. Les sphéroïdes sont de simples amas de cellules 3D qui mûrissent en quelques semaines. Auparavant, les chercheurs ont développé des sphéroïdes neuraux de la même manière que les organoïdes, en permettant aux cellules pluripotentes de se différencier au sein des puits, ce qui crée des populations hétérogènes. L’équipe NCATS a plutôt formé des sphéroïdes de type cortex préfrontal (PFC) et de type zone tegmentale ventrale (VTA) en mélangeant des cellules neurales déjà différenciées à des ratios qui imitent la composition in vivo de chaque région du cerveau.
« L’une des choses intéressantes et différentes qu’ils ont faites a été de regrouper un nombre discret de cellules et de définir cette (population) dès le départ », a déclaré Madeleine Andrews, un neuroscientifique de l’Arizona State University qui n’a pas participé à cette étude. « Cela démontre une approche nouvelle et intéressante pour utiliser des populations dérivées de cellules souches pour obtenir plus rapidement un type de cellule légèrement plus mature. »
Les chercheurs ont confirmé que leurs ratios de départ restaient cohérents à mesure que les sphéroïdes mûrissaient. Ils ont développé un test de lecture de plaques utilisant un colorant fluorescent pour suivre les résultats intracellulaires. oscillations calciquesqui indiquent une activité neuronale.4 Pour modéliser l’OUD, l’équipe a cultivé ses sphéroïdes dans des plaques de 384 puits et les a exposés à un agoniste des récepteurs opioïdes pendant 10 jours, qui imitait la stimulation neuronale provoquée par la consommation de drogues. Le traitement a réduit l’activité du calcium dans les sphéroïdes de type PFC, qui a été inversée lors de l’application d’un médicament utilisé en clinique pour traiter les surdoses d’opioïdes. À l’avenir, ils pourraient exposer leurs sphéroïdes à une collection de produits chimiques appelés bibliothèque de composés afin d’identifier des thérapies supplémentaires pour l’OUD.
Les modèles sphéroïdes spécifiques à une région cérébrale se sont également révélés prometteurs pour l’étude des maladies neurodégénératives. L’équipe de Lee et Ferrer a assemblé des sphéroïdes de type PFC avec des neurones GABAergiques contenant un allèle à risque pour la maladie d’Alzheimer (MA). Ces sphéroïdes présentaient une activité calcique défectueuse, qui était inversée lorsqu’ils étaient traités avec des composés utilisés pour améliorer la cognition chez les patients atteints de MA, notamment les médicaments cliniquement approuvés Memantine et Donepezil. « Nous travaillons actuellement à l’extension à d’autres maladies, en examinant des sujets comme l’épilepsie et la sclérose latérale amyotrophique », a déclaré Lee.
Les chercheurs prévoient également d’automatiser les étapes manuelles du processus de maturation des sphéroïdes et de développer une méthode de criblage à haut débit pour tester les assembloïdes fabriqués à partir de leurs sphéroïdes, à mesure que les régions VTA et PFC interagissent.
« Je pense que (ce modèle) va accélérer la découverte ainsi que la compréhension de ce que ces thérapies peuvent réellement faire », a déclaré Andrews. « Chaque fois que nous pouvons accélérer un peu le calendrier, cela aide la science à progresser plus rapidement. »
Les références
- ONUDC. Rapport mondial sur les drogues 2023. Consulté le 18 janvier 2024. https://www.unodc.org/unodc/en/data-and-analysis/world-drug-report-2023.html
- Ciccarone D. La montée des fentanyls et des stimulants illicites et la quatrième vague de crise des surdoses d’opioïdes. Curr Opinion Psychiatrie. 2021;34(4):344.
- Fort CE, et al. Sphéroïdes neuronaux fonctionnels spécifiques à une région cérébrale pour la modélisation de maladies neurologiques et le dépistage thérapeutique. Commune Biol. 2023;6(1):1-18.
- Ali F, Kwan AC. Interprétation des signaux calciques in vivo provenant des corps cellulaires neuronaux, des axones et des dendrites : une revue. Neurophotonique. 2019;7(1):011402.
