Affiner les modèles de réseaux neuronaux humains pour développer une plateforme d’étude des maladies cérébrales humaines afin de favoriser l’émergence de nouvelles solutions thérapeutiques.

Ingénierie tissulaire du système nerveux et modèle 3D de neurones humains

Coordonnateur scientifique Sophie PAUTOT – Chercheuse – ITAV – Unité mixte de services et de recherche CNRS / Université Toulouse 3 – Paul Sabatier / INSA

Financement alloué : 274.000€


Dr Sophie Pautot

L’objectif de ces travaux, menés en deux temps avec les deux projets N-DIAGNOSTICS puis NEUROFARM, était d’établir un modèle 3D de culture de circuits neuronaux humains adapté à l’étude et l’exploration des maladies neuronales et permettant ainsi de minimiser le recours à l’expérimentation animale. Grâce au savoir-faire en neuro-ingénierie 3D acquis chez le rat, des circuits neuronaux humains mimant l’activité des tissus cérébraux a ainsi pu être développé pour :

– Obtenir une plateforme de diagnostic des effets toxiques actifs de composés chimiques sur l’activité neuronale
– Evaluer des stratégies thérapeutiques nouvelles sur des cultures modèles de maladie neuronales humaines

Le projet a permis de mettre en place et d’affiner les modèles in vitro de réseaux de neurones humains pouvant remplacer les modèles animaux dans les études précliniques sur les maladies du système nerveux.

La plateforme de services permet d’étudier à plus grande échelle les maladies humaines du système nerveux et plus particulièrement les interactions entre les circuits neuronaux sains et les tumeurs.

Ces modèles de culture permettent d’avoir accès à des in¬formations plus précises que l’expé-rimentation animale. En collabora¬tion avec le groupe de C. Bousquet (INSERM, CRCT Toulouse), NEUROFARM a confirmé les résultats obtenus chez l’animal en montrant que l’utili¬sation d’inhibiteurs de sécrétion des cellules cancéreuses du pancréas diminuait les effets neurotoxiques responsables de la douleur chez les patients atteints d’un cancer du pancréas.

Ce projet avait donc 2 objectifs principaux :

– Modèles in vitro au service de l’oncologie
– Modèles in vitro pour les études précliniques

Les avancées scientifiques du projet :

Modèles in vitro au service de l’oncologie
Aujourd’hui, les mutations génétiques présentes dans les cellules tumorales sont bien connues, mais l’interaction de ces tumeurs avec leur microenvironnement reste encore méconnue. Des modèles de culture permettant de visualiser les interactions cellulaires entre les cellules tumorales et les tissus neuronaux environnants ont été implémentés, particulièrement sur le cancer du pancréas et le glioblastome, et permettent d’identifier des solutions thérapeutiques adaptées.

Modèles in vitro pour les études précliniques
Un modèle neuronal fiable et reproductible à partir de cellules humaines reprogrammées (hIPSCs) issues de patients a été établi. Pour mieux cerner les pathologies neurodégénératives humaines, le projet NEUROFARM a permis de visualiser l’évolution des stades de ces maladies, pour en comprendre les mécanismes et établir un profil diagnostique.
– Des comparaisons de plusieurs modèles de culture de neurones humains provenant de de plusieurs sources d’hIPSCs ont été réalisées afin d’établir un standard pour leur mise en réseau, leur composition cellulaire ainsi que le développement de leur activité.
– Le modèle de neuro-toxicité sur ces réseaux de cellules humaines a pu être validé et des standards des hIPSCs associées à des pathologies neuronales ont ainsi été établis, pouvant désormais servir de référence de base.

Perspectives
La plateforme de services est désormais portée par la jeune entreprise innovante SYNAXYS, créée en mars 2018, et dirigée par Sophie Pautot, qui propose à ses partenaires académiques (médecins hospitaliers, recherche universitaire) et in¬dustriels des données précliniques précises sur la performance des nouvelles mo¬lécules thérapeutiques.
La mission de Synaxys est d’accélérer le dé¬veloppement de médicaments sûrs et efficaces pour les malades du sys¬tème nerveux en étudiant les effets des traitements actuels pour mieux comprendre leurs mécanismes d’ac¬tions et améliorer la prise en charge des malades.

Publications :

Steffen Lück, René Schubel, Jannick Rüb, Dominik Hahn, Evelien Mathieu, Heike Zimmermann, Dieter Scharnweber, Carsten Werner, Sophie Pautot, Rainer Jordan,”Tailored and biodegradable poly(2-oxazoline) microbeads as 3D matrices for stem cell culture in regenerative therapies” (Biomaterials, 2016)

Maya Shelly, Yizhi Meng, and Sophie Pautot “Photolithography-Based Substrate Microfabrication for Patterning Semaphorin3A to Study Neuronal Development” (Methods in Molecular Biology, 1493, 321-343 (2017).

Communications orales :

31 Mai 2016, GSO, Toulouse “Deciphering the interactions between brain tumors and the surrounding nervous system “
21 Novembre 2016, Toulouse, Structure Fédérative de Recherche Bio-Médicale de Toulouse “Neuroengineering for R&D and preclinical applications “
8 Septembre 2018, Ppsn-2018 workshop, Coimbra, “Developmental neural networks”

Posters :
Conference SFN 2016, “From neuronal progenitors to human neuronal disease models: a 3D path”(495.26)
Journée de l’innovation CNRS 2017, “Reproduire les propriétés du cerveau humain: un jeu de billes”

Brevets :

– déclaration d’invention enregistrée par le CNRS (Di-09193-01)
– demande brevet européen, sous le numéro EP173062274 et déposée le 20 septembre 2017 au nom du CNRS

Bourse French-Tech en Emergence, 2016