Analyse de la différenciation et de la maturation de criblage à haute teneur de cultures de cellules souches neurales fœtales et adultes dérivées de cellules souches oligodendrocytes

Dans le système nerveux central (SNC), les cellules formant la myéline (oligodendrocytes, LAL) et leurs précurseurs (cellules précurseurs des oligodendrocytes, OPC) sont responsables de la myélinisation développementale, un processus qui se produit pendant les périodes péri- et postnatale, et du renouvellement et de la réparation de la myéline (remyélinisation) à l’âge adulte¹. Ces cellules sont hautement spécialisées, interagissant anatomiquement et fonctionnellement avec tous les autres composants gliaux et neuronaux, ce qui en fait une partie fondamentale de la structure et de la fonction du SNC.

Les événements démyélinisants sont impliqués dans différentes lésions et maladies du^{SNC 2}, et agissent principalement sur les OPC et les OL par le biais de mécanismes multifactoriels, à la fois pendant le développement et à l’âge adulte. Les précurseurs indifférenciés sont entraînés par des facteurs de différenciation, principalement l’hormone thyroïdienne (TH), dans un processus synchronisé³ qui conduit l’OPC à reconnaître et à répondre à des stimuli spécifiques qui induisent la prolifération, la migration vers l’axone non myélinisé et la différenciation en OL matures qui à leur tour développent la gaine de myéline⁴. Tous ces processus sont finement contrôlés et se produisent dans un environnement complexe.

En raison de la nature complexe des événements de myélinisation, de remyélinisation et de démyélinisation, il existe un grand besoin d’une méthode in vitro simplifiée et fiable pour étudier les mécanismes sous-jacents et développer de nouvelles stratégies thérapeutiques, en se concentrant sur le principal acteur cellulaire: l’OPC⁵.

Pour qu’un système in vitro soit fiable, un certain nombre de facteurs doivent être pris en compte : la complexité de l’environnement cellulaire, les différences intrinsèques cellulaires liées à l’âge, la différenciation physiologique médiée par la TH, les mécanismes pathologiques et la robustesse des données⁶. En effet, le besoin non satisfait sur le terrain est un modèle qui imite la complexité de la condition in vivo, qui n’est pas atteinte avec succès grâce à l’utilisation de cultures OPC pures isolées. En outre, les deux principaux composants des événements démyélinisants, l’inflammation et l’hypoxie/ischémie (IH), impliquent directement d’autres composants cellulaires qui peuvent affecter indirectement la différenciation physiologique et la maturation des OPC, un aspect qui ne peut pas être étudié dans des modèles in vitro trop simplifiés.

Partant d’un système de culture hautement prédictif, le défi ultérieur et plus général est la production de données robustes et fiables. Dans ce contexte, le criblage cellulaire à haute teneur (HCS) est la technique la plus appropriée⁷, car notre objectif est d’une part d’analyser l’ensemble de la culture dans un flux de travail automatique, en évitant le biais de choisir des champs représentatifs, et d’autre part d’obtenir la génération automatique et simultanée de données à haut contenu basées sur l’imagerie⁸.

Étant donné que le besoin principal est d’atteindre le meilleur équilibre entre la simplification in vitro et la complexité imitant in vivo, nous présentons ici une méthode hautement reproductible pour obtenir des OPC dérivés de cellules souches neurales (NSC) isolées du cerveau antérieur fœtal et de la zone sous-ventriculaire adulte (SVZ). Ce modèle in vitro englobe l’ensemble du processus de différenciation OPC, du NSC multipotent à l’OL mature/myélinisant, d’une manière physiologique dépendante de la TH. La culture résultante est un système de différenciation / maturation dynamique qui se traduit par une co-culture spontanée composée principalement d’OPC et d’astrocytes différenciants, avec un faible pourcentage de neurones. Cette culture primaire imite mieux l’environnement complexe in vivo, tandis que sa dérivation de cellules souches permet d’effectuer des manipulations simples pour obtenir l’enrichissement de la lignée cellulaire souhaité.

Contrairement à d’autres stratégies de dépistage de médicaments utilisant des lignées cellulaires ou des cultures pures d’OPC primaires, la méthode décrite ici permet d’étudier l’effet d’interférents pathologiques ou de molécules thérapeutiques dans un environnement complexe, sans perdre de vue le type de cellule souhaité. Le flux de travail HCS décrit permet une analyse de la viabilité cellulaire et des spécifications de la lignée, ainsi que de la mort cellulaire et des paramètres morphologiques spécifiques à la lignée.