Deciphering the blueprint of the healthy and diseased human brain through the generation of patterned cerebral organoids Déchiffrer le plan d’un cerveau humain en santé et d’un cerveau humain malade en générant des organoïdes cérébraux calqués The cerebral cortex is the centre of higher-order cognitive functioning in mammal brains. The cortex has undergone an evolutionary expansion and acquired a more sophisticated organization in humans. While the rodent cortex is small and smooth, human and primate cortices are large and convoluted. Nevertheless, key structural features have remained conserved throughout evolution. For instance, the neocortex is subdivided into four primary areas: visual, auditory, somatosensory, and motor. The allocortex is similarly regionalized, and includes the caudomedial hippocampus, which is the seat of learning and memory. How regional patterning occurs during development has been carefully studied in rodent models. Whether similar processes underlie patterning of the human cortex is unknown, but this is an important area of study given the association between neuropsychiatric disorders and altered connectivity between the thalamus and cortex. 

This project will use human stem cells to generate self-organizing cerebral organoids (a smaller, simpler version of the organ to be studied) and on-chip cerebral organoid systems to model early brain development and to investigate complex neuropsychiatric diseases, such as autism spectrum disorder. Additionally, the project will provide a strong research environment, as well as capacity building and exchange opportunities, for graduate students and researchers based in India. 

The project is led in Canada by the Sunnybrook Research Institute, working in collaboration with the Weizmann Institute of Science in Israel, and the Tata Institute of Fundamental Research in India.

This project was selected for funding through the fourth research competition of the Joint Canada-Israel Health Research Program. This initiative is a partnership between IDRC, the Canadian Institutes of Health Research, the Israel Science Foundation, and the Azrieli Foundation. Le cortex cérébral est, chez les mammifères, le centre des fonctions cognitives supérieures. Le cortex a subi une longue évolution et est doté d’une organisation plus complexe chez les humains. Contrairement au cortex des rongeurs qui est petit et lisse, celui des primates et des humains est volumineux et alambiqué. Néanmoins, des caractéristiques structurelles clés ont été conservées tout au long de l’évolution. Par exemple, le néocortex se compose de quatre aires primaires : visuelle, auditive, motrice et somatosensitive. Les régions de l’allocortex sont similaires et incluent l’hippocampe caudomédial, une zone essentielle à l’apprentissage et à la mémoire. Le processus de structuration des différentes régions a été soigneusement étudié chez les modèles de rongeurs. Comme nous ne connaissons pas les mécanismes à l’origine de la formation du cortex humain, ce domaine doit faire l’objet d’une étude approfondie, compte tenu du lien qui existe entre les troubles mentaux et la détérioration des interactions entre le thalamus et le cortex. 

Ce projet utilisera des cellules souches humaines pour produire des organoïdes cérébraux autoorganisés (une version miniaturisée et plus simple de l’organe à étudier) et des organoïdes cérébraux sur puce pour modéliser le développement précoce du cerveau et étudier les maladies neuropsychiatriques complexes, telles que le trouble du spectre de l’autisme. En outre, le projet permettra d’offrir un solide environnement de recherche, ainsi que des occasions d’échange et de renforcement des capacités aux étudiants diplômés et aux chercheurs basés en Inde. 

Le projet est dirigé au Canada par le Sunnybrook Research Institute, en collaboration avec le Weizmann Institute of Science en Israël et l’institut de recherche fondamentale Tata en Inde.

Ce projet a été retenu aux fins de financement au cours du quatrième concours de recherche du Programme conjoint canado-israélien de recherche en santé. Il s’agit d’un partenariat entre le CRDI, les Instituts de recherche en santé du Canada, l’Azrieli Foundation et l’Israel Science Foundation.