Nous avons l'habitude de nous considérer comme un produit fini. La finition n'est peut-être pas exactement ce que nous souhaitons, mais il n'y a pas moyen de la contourner. À partir d'un œuf fécondé, nous nous développons dans le processus de formation séquentielle de cellules et de tissus jusqu'à ce que nous arrivions dans ce monde, nous déchirant en hurlant et en bavant. Et à partir de ce moment commence une histoire longue et ordinaire, qui se termine sans dents, «sans yeux, sans goût, sans tout».
Mais cette vieille histoire shakespearienne sur le flétrissement, la décrépitude, la décomposition et, par conséquent, l'oubli n'est plus un reflet fidèle de la réalité. Nous avons maintenant les moyens de réparer et de remplacer les tissus endommagés. Je parle d'expérience personnelle. Au cours des derniers mois, j'ai vu un morceau de ma chair découpé dans ma main se transformer en une structure appelée «organoïde», un orgue miniature. Dans mon cas, c'est devenu une structure que certains appellent un mini-cerveau - il a à peu près la taille d'un pois congelé et présente de nombreuses caractéristiques d'un vrai cerveau qui se développe chez un fœtus intra-utérin. J'ai vu des preuves que les neurones de ces tissus peuvent déclencher des flashs, s'envoyant des signaux les uns aux autres. Il serait trop poétique d'appeler ces signaux des pensées,mais ils sont la «substance de la pensée».
Ma chair pourrait être autre chose si les scientifiques prenaient cette décision. Il pourrait devenir un organoïde du rein ou une structure similaire à une partie du cœur ou du pancréas. Il pourrait se transformer en un tissu sensible à la lumière comme la rétine. Sur la base des preuves disponibles, il a été établi qu'elle aurait pu devenir un ovule, ou un sperme, ou quelque chose comme un véritable embryon, le début d'un être vivant. Elle pourrait devenir une partie ou toutes les parties de «moi». Par conséquent, il existe une technologie qui permet d'attiser les fantasmes et de planter une idée alléchante pour tromper la mort en restaurant un organisme malade ou même en en créant un nouveau, cultivé en laboratoire, pour remplacer l'ancien.
L'année du 200e anniversaire de la sortie du roman de Mary Shelley "Frankenstein", il serait facile de tout présenter sous une forme grotesque, sinon apocalyptique. Disons que nous imaginons des personnes cultivées sur commande dans des flacons, comme le Central Hatchery dans le roman dystopique d'Aldous Huxley Brave New World. Mais mes mini-cerveaux (il y en a plusieurs) ont été cultivés pour une bonne cause. Ils font partie du projet Created Out of Mind, financé par le Wellcome Trust, une organisation caritative internationale indépendante, qui vise à élargir nos connaissances sur la démence et les principes de prise en charge de ceux qui en souffrent. Les chercheurs qui ont créé ces organites étudient la base génétique des troubles neurodégénératifs responsables de la démence. Mon mini-cerveau sera utilisé dans cette étude, ce qui signifie qu'il sera probablementaidera un jour à ralentir le processus d'arrêt du cerveau chez d'autres personnes.
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Il existe des animaux, comme la salamandre, qui sont capables de restaurer un membre perdu entier, composé de tissus de plusieurs types. Notre corps humain est capable de régénérer la peau lorsque de petites plaies guérissent, mais sinon, il est au mieux capable de créer uniquement de petites «plaques» séparées de tissu cicatriciel rugueux. Mais si un organe tombe en panne, il ne peut pas être restauré et meurt. Nous pouvons survivre avec une greffe de donneur ou avec une prothèse mécanique. Mais cultiver des tissus pour obtenir différents types de cellules et, éventuellement, par conséquent, des organites miniatures entières permet désormais de rendre accessible à l'homme la capacité de régénération dont dispose, par exemple, une salamandre. Ces techniques ont non seulement un potentiel écrasant en médecine, mais elles réfutent également les croyances qui se sont formées au fil des ans.
Si cela semble horrible et décourageant, c'est uniquement parce que nous n'avons pas intériorisé la vérité que Frankenstein nous a obligés à regarder dans les yeux. Cette vérité est que nous sommes faits de matière, et cette matière se transcende en quelque sorte et crée un esprit qui sort de sa coquille. On ne sait toujours pas où dans cette créature de chair se trouve son essence, son «je». Les nouvelles sciences de la «reprogrammation cellulaire» ébranlent les idées à ce sujet comme jamais auparavant - sous la forme sous laquelle elles sont enracinées dans ma conscience, littéralement intuitivement.
En juillet dernier, des scientifiques de l'Institut de neurologie de l'University College London (UCL) ont excisé un petit morceau de tissu mou de mon épaule droite. Cela a été fait sous anesthésie locale légère et je n'ai rien ressenti. Un élément important de cette biopsie était les cellules de la couche sous-cutanée. Ils sont appelés fibroblastes et sont les principales «sources» de tissu conjonctif dans le corps. Ils forment la peau et sont des cellules clés impliquées dans la cicatrisation des plaies. Les neuroscientifiques de l'UCL Selina Wray et Christopher Lovejoy m'ont pris des fibroblastes et les ont placés dans de petites boîtes de Pétri avec une solution rouge contenant les nutriments nécessaires à la croissance cellulaire pour se reproduire.
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Deux mois plus tard, j'ai pu regarder au microscope une colonie de fibroblastes poussant à partir de la masse sombre d'un morceau de tissu dans ma main. Ces structures cellulaires allongées jaillissent du tissu en rangées égales, comme si elles visaient quelque part.
Alors, à quel point ce que j'ai vu était-il vraiment nouveau? À notre époque, la capacité de base à cultiver des cellules en culture est un art connu depuis longtemps. Il faut admettre qu'une fois cela a été considéré comme un miracle, se distinguant par un mystère particulier. Lorsque le chirurgien français Alexis Carrel a annoncé pour la première fois en 1912 qu'il avait cultivé des cellules «immortelles» à partir de tissu cardiaque de poulet, les journaux ont commencé à imprimer des articles sensationnels selon lesquels la mort n'était plus inévitable. Ces articles sensationnels se sont avérés grossièrement exagérés. Mais faire pousser un «mini-cerveau» à partir de cellules prélevées sur ma peau est une entreprise complètement différente de la culture habituelle des cellules récoltées.
Ray et Lovejoy devront transformer mes fibroblastes cutanés en neurones - des cellules cérébrales. Ils le font en deux étapes. Tout d'abord, ils les transformeront en une cellule qui peut créer n'importe quel tissu au cours du développement, puis les dirigeront pour qu'ils se transforment en cellules du type requis. Pour comprendre comment cela se produit, vous devez savoir que toutes les cellules vivantes du corps humain contiennent le même ensemble complet d '«instructions» - codées dans l'ADN, qui sont situées dans 23 paires de chromosomes et sont divisées en sections appelées gènes, dont chacune intervient dans nos processus biochimiques. une fonction spécifique. Fondamentalement, chaque cellule a le même code complet que toutes les autres. Bien sûr, dans un organisme mature, différents types de cellules accomplissent en fait différentes tâches. Pour cela, différents gènes sont «activés» et «désactivés». C'est avec un tel interrupteur qu'une cellule d'un type se forme (cerveau, peau, muscles, cellules hépatiques, etc.), et pas une autre.
Une grande partie de cette commutation de gène (ou «régulation») est réalisée par des molécules protéiques appelées facteurs de transcription. Ils sont eux-mêmes codés dans des gènes: c'est-à-dire que le génome lui-même contient des instructions pour créer les facteurs de transcription qui le régulent. Pour réguler l'activité des gènes, nos cellules créent en permanence différents facteurs de transcription. Pour cette raison, différents types de cellules se comportent différemment. De plus, en changeant de gène, un œuf fécondé peut se transformer en un organisme composé de nombreux tissus différents.
Les premières cellules d'un embryon en croissance, appelées cellules souches embryonnaires, peuvent évoluer vers n'importe quel type de tissu: elles sont dites «pluripotentes» et on peut dire qu'elles contiennent encore tout leur potentiel génétique. Mais à mesure que l'embryon se développe en fœtus, puis en enfant, les cellules commencent à se différencier en types de cellules avec une fonction spécifique - cœur, foie, cellules cérébrales - de manière organisée et au bon endroit.
Nous pouvons interférer avec la programmation du comportement cellulaire. Par exemple, dans le cas de la thérapie génique, dont le but est de réparer un gène «défectueux» en ajoutant aux cellules un petit morceau supplémentaire d'ADN qui code une forme fonctionnant normalement de ce gène.
Mais faire pousser un "mini-cerveau" à partir d'un tissu coupé de ma main nécessite quelque chose de plus impressionnant que de simplement "réparer" certaines des instructions génétiques de la cellule. Ce processus commence par un «redémarrage» complet du programme de la cellule - très probablement, la réinitialisation de tous les interrupteurs marche / arrêt qui définissent l'objectif spécifique de la cellule. Il s'avère que cela ne peut être fait qu'avec l'aide de quelques facteurs de transcription spécifiques. Ray et Lovejoy insèrent des gènes qui codent et produisent ces facteurs, de petits morceaux d'ADN, dans des cellules prélevées dans ma main, en utilisant de faibles champs électriques. Sous leur influence, des trous se forment dans les membranes cellulaires pendant un certain temps à travers lesquels de l'ADN supplémentaire peut glisser.
A l'aide de ces "messages" biochimiques envoyés par Lovejoy et Ray à mes fibroblastes, ces cellules sont revenues à l'état de cellules souches, similaires aux cellules d'un embryon précoce, capables de se transformer en tissus de tout type. Ils sont appelés cellules souches pluripotentes induites. Les scientifiques les obtiennent à partir de cellules humaines depuis 2007. Avant cela, la plupart des experts jugeaient cela impossible.
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La personne qui a changé d'avis sur ce problème était le scientifique japonais Shinya Yamanaka. Il n'a pas travaillé dans le domaine de la biologie cellulaire, mais en médecine clinique, et c'est probablement pourquoi il lui était plus facile de penser à quelque chose d'incroyable et de se demander s'il est possible de reprogrammer des cellules déjà différenciées en cellules souches.
Dès les années 1960, des expériences sur des grenouilles ont fourni les premières données indiquant que la fixation cellulaire pouvait être inversée. Le biologiste britannique John Gurdon a pris des œufs de grenouilles, en a retiré des chromosomes et a inséré des chromosomes prélevés sur des cellules de grenouilles adultes. Il s'est avéré que ces œufs pouvaient ensuite être fécondés et cultivés à partir de têtards et de grenouilles. Les chromosomes, qui dans les cellules adultes étaient régulés (par tous ces commutateurs chimiques) pour remplir certaines fonctions, apparemment rajeunis à l'intérieur des œufs, de sorte qu'ils puissent à nouveau diriger la croissance de toutes sortes de nouveaux tissus animaux. Cette méthode de transfert de chromosomes à partir de cellules adultes a été utilisée en 1996 pour cloner Dolly le mouton.
Compte tenu des résultats précédemment réussis, Yamanaka a commencé à analyser les facteurs de transcription produits dans les cellules souches embryonnaires. Peut-être qu'au lieu de comprendre ce qui est exactement arrivé aux chromosomes des cellules différenciées, de capturer des modèles spécifiques de leur activité génique, puis d'essayer d'inverser tout cela, il suffit d'ajouter une nouvelle dose de ces facteurs pour «convaincre» les cellules qu'elles sont des cellules souches? Cette hypothèse semblait spéculative, mais elle a fonctionné. Yamanaka a découvert que si des gènes codant pour certains de ces facteurs étaient ajoutés à des cellules humaines différenciées (au final, il s'est avéré que seulement quatre étaient suffisants), ces cellules revenaient à un état similaire aux cellules souches.
Grâce à cette découverte, il est devenu possible de créer des tissus et, éventuellement, des organes entiers en laboratoire. Si vous cultivez des tissus ou des organes à partir des propres cellules du receveur (par exemple, à partir de fibroblastes dans un échantillon de tissu prélevé dans ma main), aucun problème lié au rejet de la greffe du donneur par le système immunitaire ne se posera. De plus, des tissus humains cultivés artificiellement pourraient être utilisés pour tester la toxicité des médicaments - sans les tester sur des animaux. Le fait est que les tests sur les animaux ne donnent pas seulement des résultats ambigus, ils ne peuvent pas non plus toujours être appliqués, car d'autres organismes vivants ne sont pas toujours adaptés pour tester une réponse humaine.
Le potentiel pratique de cette découverte était énorme. Mais en plus de cela, Yamanaka a découvert une vérité plus importante. Nos tissus et nos corps sont plus flexibles que nous ne le pensions. Vos tissus mous et vos os peuvent être transformés en d'autres types de tissus. L'os peut être créé à partir de cellules mammaires, le cerveau à partir de cellules sanguines. Il devint soudainement clair que toute l'immuabilité des structures du corps humain était remise en question.
Prenez votre temps, quelque chose d'encore plus étrange vous attend.
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Juste avant Noël, six mois après le début de notre expérience, Ray et Lovejoy m'ont montré des cellules souches obtenues à partir de mes fibroblastes. Ces formations oblongues que j'ai vues auparavant ont disparu. Il y avait maintenant des grappes compactes de cellules plus petites dans le plat de solution nutritive. En utilisant des marqueurs moléculaires qui collent à des protéines spécifiques et brillent de différentes couleurs lorsque la lumière est dirigée vers elles, les scientifiques ont pu montrer que les gènes spécifiques aux cellules souches sont désormais activés. La première phase a été achevée; l'étape suivante consistait à forcer les cellules à se transformer en neurones.
En règle générale, les cellules souches doivent être ciblées pour se transformer en un type spécifique de tissu à l'aide de déclencheurs chimiques - par exemple, en ajoutant plus de facteurs de transcription spécifiques aux cellules cibles. Mais créer des neurones est relativement facile, car ils semblent être l'option par défaut: si les cellules souches du laboratoire commencent à se différencier spontanément, les chances sont élevées qu'elles se transforment en neurones. En fait, j'ai vu des signes de cela même dans mon propre échantillon de tissu. Ici et là, on pouvait voir des cellules individuelles détachées de l'amas compact. J'ai remarqué qu'une de ces cellules individuelles commençait à germer - de longues et minces branches que les cellules nerveuses ont et qui se terminent généralement par des synapses, où ces neurones se transmettent des signaux électriques.
Si ces cellules souches induites se transformaient simplement en grappes de neurones identiques, il n'y aurait guère de raison d'appeler les tissus résultants «mini-cerveaux». Nos cerveaux ne sont pas du tout comme ça. Ce sont des structures complexes contenant plusieurs types différents de neurones qui produisent des signaux électriques. D'autres cellules cérébrales ne sont pas des neurones - par exemple, les cellules gliales, qui aident à structurer le cerveau et remplissent des fonctions de soutien, de protection, trophiques et autres. Il existe également des cellules souches neurales - des cellules souches partiellement différenciées qui se concentrent sur la création de différents types de cellules cérébrales qui donnent au cerveau la capacité de s'adapter à des circonstances changeantes - et parfois de restaurer partiellement des fonctions altérées.
Parallèlement à la question de la variété des cellules du tissu cérébral, la question se pose de savoir comment elles fonctionnent toutes. Le cerveau contient diverses structures et, remarquablement, le mini-cerveau en reproduit certaines. Cette organisation des tissus suggère que les neurones et autres types de cellules cérébrales «savent» eux-mêmes comment s'organiser pour former le cerveau. Parfois, cet alignement des cellules implique le mouvement réel de la cellule: les cellules se déplacent les unes autour des autres pour trouver leur place correcte - généralement à côté d'autres cellules de leur type. Mais un tel «auto-assemblage» nécessite des repères, et les organes qui se développent dans l'embryon utilisent les tissus environnants comme un système de repères. Les cellules cérébrales, par exemple, ont besoin de tels signaux pour savoir où le tronc cérébral doit "se développer", ou pour distinguer le cerveau antérieur du dos.
Le mini-cerveau a une certaine structure, mais il ne prend pas tout à fait la bonne forme. Par exemple, il forme des tubes médullaires - mais si un seul d'entre eux apparaît et se déplace le long de la colonne vertébrale dans un véritable cerveau embryonnaire pour créer le système nerveux central, le mini-cerveau forme plusieurs tubes au hasard - c'est comme s'il cherchait une colonne vertébrale qui n'existe pas.
Pour cette raison, certains scientifiques s'opposent à juste titre à appeler un organoïde neural un «mini-cerveau». Mais si les organites ne sont pas des cerveaux au vrai sens du terme, ils «font» tout ce qu'ils peuvent pour les devenir. Et les scientifiques impliqués dans leur création sont susceptibles de créer des structures qui ressemblent vraiment davantage à un cerveau une fois qu'ils auront trouvé des moyens d'imiter certaines des directions «d'orientation» dans une boîte de Pétri.
Mon mini-cerveau n'a pas un tel avantage - ce ne sera qu'une ébauche du cerveau. Mais, d'une manière ou d'une autre, il est vivant. Et les neurones peuvent communiquer entre eux en envoyant des signaux électriques. Ray prévoit de le démontrer en utilisant des méthodes spéciales pour détecter les salves d'ions calcium libérées aux jonctions des synapses, similaires à celles observées dans les tissus du cerveau réel. Personnellement, je me fiche que ce soient des «pensées». Ce qui m'inquiète le plus, c'est que tout ce qui se passe actuellement dans mon (vrai) cerveau est le résultat (à notre connaissance) d'un tel processus.
La croissance d'organites tels que les mini-cerveaux à l'extérieur du corps n'est potentiellement que la première étape de la régénération du corps. La capacité de cultiver des tissus en laboratoire semble utile et même vitale - imaginez un pancréas cultivé en laboratoire à partir de cellules diabétiques, mais génétiquement "édité" et capable de produire de l'insuline. Mais les organes entièrement formés ont besoin d'un apport sanguin, et nous ne savons pas comment le fournir en culture cellulaire en laboratoire. Et certains tissus cultivés en culture cellulaire, comme le tissu cérébral ou le muscle cardiaque, ne peuvent pas être simplement mis en place - ils doivent être pleinement intégrés dans les systèmes cellulaires existants. Et nous ne savons pas non plus comment faire cela.
Certes, les scientifiques étudient maintenant la possibilité de cultiver de nouveaux tissus directement à l'intérieur du corps. Pour ce faire, on pourrait utiliser les mêmes méthodes que celles utilisées pour reprogrammer les cellules pour revenir à un état similaire à l'état des cellules souches, puis les diriger vers l'acquisition de nouvelles caractéristiques. Cette "reprogrammation in vivo" a déjà été réalisée dans des expériences sur des souris - les cellules hépatiques sont converties par exemple en cellules pancréatiques, ou en fibroblastes cardiaques - en cellules stimulatrices.
Mais le processus en deux étapes de conversion d'une cellule normale en cellule souche, puis en un autre type de cellule, proposé par Ray et Lovejoy, comporte de nombreux risques si vous le faites directement dans le corps. Les cellules souches, capables de se convertir en divers tissus, peuvent être sujettes à la conversion en cellules cancéreuses. Mais, remarquablement, les scientifiques ont découvert qu'avec la bonne combinaison de facteurs de transcription et de signaux moléculaires, ils pouvaient «sauter» le stade de la cellule souche, c'est-à-dire le stade de la pluripotence, et passer directement d'un type de cellule mature à un autre. Disons créer des neurones directement à partir des cellules sanguines. Au lieu de retarder le développement des cellules puis de redémarrer leur développement dans une direction différente, vous sautez simplement sur le côté et passez à un autre type de tissu. L'expérimentation animale est encourageanteet maintenant la question de la conduite d'essais cliniques sur l'homme dans la régénération du muscle cardiaque endommagé est à l'étude.
Les possibilités de ce genre de reprogrammation des cellules dans le corps sont stupéfiantes. Notre corps acquerra un jour la capacité de se régénérer - comme ces salamandres qui restaurent leurs membres perdus. Les zones du cerveau endommagées par un traumatisme ou une maladie, comme la maladie d'Alzheimer, peuvent être réparées en sélectionnant des cellules cérébrales non neuronales (telles que les cellules gliales) et en les convertissant en neurones fonctionnels. Et puisque ces cellules sont créées à la place de leur localisation d'origine, au moins il est possible qu'elles s'intègrent mieux dans le système cellulaire environnant. Dans tous les cas, cela se produit lorsque le muscle cardiaque est reprogrammé - il se contracte en synchronisation avec le reste du cœur.
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En plus des applications potentielles en médecine, ces découvertes suggèrent la nécessité de reconsidérer votre compréhension d'un organisme vivant. Si le foie peut devenir un muscle, le sang peut devenir un cerveau et la peau peut être transformée en tissu osseux, comment devrions-nous alors penser à notre vie mortelle et à notre départ vers un autre monde? Bien sûr, les blessures peuvent guérir, les cheveux peuvent repousser - mais nous en sommes déjà venus à croire que nous n'avons qu'un seul corps. Mais lorsque les cellules deviennent pleinement universelles et capables de s'adapter, il n'est plus tout à fait clair si tel est réellement le cas.
Qu'est-ce donc que l'essence humaine - le «je» biologique? Ce n'est clairement pas ce que les sociétés de tests génétiques comme 23andMe insistent pour dire que «vous fait qui vous êtes», mais votre séquence génétique unique. Vous êtes devenu qui vous êtes uniquement à cause de la manière dont cette séquence génétique dans différentes cellules a été limitée et sélectivement activée: le processus de divulgation, d'interprétation et de modification de l'information génétique. Gardez à l'esprit que votre génome n'a pas les informations qui définissent complètement «vous», avec tous vos quadrillions de connexions neuronales uniques, formées par des circonstances et des expériences imprévues à mesure que vous vous développez et grandissez.
Ai-je vraiment plusieurs «cerveaux» ou au moins des «structures semblables au cerveau» maintenant? Je ne sais toujours pas comment m'identifier à cela. Je crois que je pourrais, en principe, avoir un cœur ou un foie «de rechange» créé de cette manière. Mais, à mon avis, le cerveau est trop lié à l'expérience, à la mémoire, aux émotions et au caractère pour considérer tout autre organe que le mien comme le dépositaire de mon «je». L'idée d'un "second cerveau" (même si vous ne tenez pas compte de la nature extrêmement "anormale" de mon mini-cerveau) n'est pas très claire et n'a pas beaucoup de sens.
Je pense que c'est un soulagement. Après tout, une fois que ces organites auront rempli leur rôle dans la recherche de Ray, ils seront jetés. Et je ne pense pas que je sentirai qu'une partie de mon «je» disparaîtra avec eux. Cependant, il est toujours étrange et dérangeant d'observer en quoi une partie de moi, choisie au hasard, peut se transformer dans les laboratoires du centre de Londres. Il m'est difficile de ne pas arriver à la conclusion qu'il existe une sorte de «méta-moi», c'est-à-dire tous les tissus qui pourraient être créés à partir de ce tout premier ovule fécondé, qui a ressuscité dans l'utérus en octobre 1962 (dans mon cas) … Je ne suis qu'une des incarnations de ce "méta-moi". Mes limites de personnalité semblent être un peu plus floues qu'alors.
Et si le processus de croissance d'un mini-cerveau devenait encore plus parfait avant même que nous puissions lui fournir l'approvisionnement en sang et les coordonnées pour l'organiser correctement en un tout cohérent - avant que nous puissions créer quelque chose de très similaire à un cerveau à part entière? Pour le moment, c'est purement (pardonnez-moi) une expérience de pensée: nous n'avons tout simplement aucune opportunité, encore moins de motivation ou de justification morale. Mais c'est certainement possible. Quel statut moral et ontologique aurait un cerveau dans une boîte de Pétri? Si la personne dont les cellules ont été utilisées pour le créer mourait après cela, vivrait-elle dans la boîte de Pétri? Devrions-nous à un moment donné nous poser la question: qui est là?
Philip Ball