MONTRÉAL, le 18 mars 2026 - Comprendre le cerveau humain avec ses réseaux complexes de quelque 100 milliards de neurones demeure l’un des plus grands défis de la science. Au Centre de recherche Azrieli du CHU Sainte-Justine, l’équipe du chercheur Anthony Flamier développe de nouveaux modèles expérimentaux pour étudier le fonctionnement du cerveau à l’échelle des cellules.  

En combinant neurones dérivés de cellules souches, mini-cerveaux et analyses assistées par intelligence artificielle, le laboratoire cherche à mieux comprendre les mécanismes biologiques impliqués dans certains troubles neurologiques qui touchent les enfants, et à ouvrir la voie à des approches thérapeutiques plus personnalisées. 

« Pendant des décennies, nous ne pouvions qu’observer les symptômes, sans accéder aux mécanismes sous-jacents, explique Anthony Flamier. Aujourd’hui, nous étudions directement l’activité des neurones des patientes et patients, et pouvons même prédire comment ils réagiront à un traitement. C’est une avancée majeure pour des maladies comme l’épilepsie, où chaque cerveau réagit différemment. » 

Des neurones "sur mesure" : une empreinte biologique unique

À partir de simples prélèvements de peau ou de sang, l’équipe reprogramme des cellules en cellules souches, puis les différencie en neurones fonctionnels, génétiquement identiques à ceux des patientes et patients. Justine Gromaire, doctorante et experte en modélisation neuronale au sein de ce laboratoire, étudie le cerveau épileptique avec cette approche innovante : « Chaque individu a une signature neuronale unique, une sorte d’empreinte digitale biologique. En enregistrant leur activité électrique spontanée, on découvre des motifs qui révèlent les particularités de chaque cerveau. Par exemple, chez un individu sain, l’activité est régulière, avec une amplitude typique. Mais chez un enfant épileptique, on observe des pics d’activité très rapprochés, signe d’une hyperexcitabilité bien plus marquée. »

En testant différents médicaments sur ces neurones cultivés en laboratoire, l’équipe s’intéresse notamment aux formes d’épilepsie qui ne répondent pas aux traitements, une forme de la maladie qui concerne environ 30 % des personnes atteintes d’épilepsie. Leurs observations révèlent une corrélation particulièrement intéressante : 

• Lorsqu’un médicament connu comme étant efficace en clinique est testé sur les neurones dérivés de la patiente ou du patient, ces derniers montrent une restitution de leur activité neuronale. 
• À l’inverse, si le traitement a échoué chez la personne malade, l’activité neuronale reste anormale, reflétant les dysfonctionnements observés dans la maladie. 

« Nos résultats montrent que l’activité électrique des neurones pourrait être un indicateur de leur réponse aux médicaments contre l’épilepsie, précise Anthony Flamier. En élucidant comment ces cellules réagissent ou résistent à un médicament, nous commençons à mieux comprendre pourquoi certains enfants ne répondent pas aux traitements standards. »

Du laboratoire aux perspectives cliniques 

Pour analyser ces réseaux neuronaux, l’équipe utilise un système de microélectrodes capable d’enregistrer simultanément l’activité électrique dans 96 micro-compartiments où sont cultivés les neurones. 

« Cet outil est essentiel, souligne Justine Gromaire. Il nous permet d’analyser des réseaux neuronaux complets et de tester l’effet de dizaines de molécules en parallèle, en quelques semaines seulement. Une rapidité cruciale pour des maladies comme l’épilepsie, où chaque jour compte pour les enfants et leurs familles. » 

À terme, cette approche pourrait contribuer à orienter plus rapidement les décisions thérapeutiques et à réduire les essais-erreurs souvent éprouvants pour les familles. En identifiant plus tôt les traitements susceptibles d’être efficaces, ce projet de recherche ouvre la voie à une prise en charge plus ciblée, plus rapide et toujours plus humaine pour le bien-être des enfants et leurs familles.

De la cellule à l’organoïde 

L’étude des neurones seuls ne suffit pas toujours : dans certains cas, il devient nécessaire d’observer des modèles plus complexes qui reproduisent davantage l’organisation du cerveau. Dans le cadre d’autres projets porteurs de ce laboratoire, le chercheur Anthony Flamier et son équipe ont également recours à des organoïdes cérébraux, souvent appelés mini-cerveaux. Ces structures 3D cultivées en laboratoire reproduisent certaines étapes du développement du cerveau humain.

Image 1 : Cet organoïde cérébral âgé de 10 jours, d’un diamètre de quelques millimètres, est observé en culture cellulaire. À ce stade précoce de développement, sa petite taille permet de distinguer plus facilement les différentes structures qui s’organisent au sein du mini-cerveau.

Image 2 : Cette coupe d’organoïde cérébral, visualisée à l’aide de marqueurs colorés, met en évidence différentes régions du tissu. Les variations de couleurs permettent d’identifier l’organisation spatiale des structures, reflétant la complexité du développement cérébral à petite échelle.

© Gracieuseté - Laboratoire du chercheur Anthony Flamier.

« Ces mini-cerveaux nous permettent d’étudier des processus impossibles à observer en 2D, comme la migration des cellules ou la formation de régions spécifiques, tel que l’hippocampe ou le cortex, en plus d’observer comment ces différentes régions du cerveau communiquent entre elles. Des modèles particulièrement intéressants dans l’étude de l’autisme ou des maladies rares comme le syndrome de Rett, où le développement des réseaux neuronaux est profondément altéré. »

Voir l’invisible grâce à l’IA

Mentions philanthropiques : 

Ces avancées sont soutenues par la Fondation du CHU Sainte-Justine, en collaboration avec des partenaires philanthropiques tels que la Fondation Azrieli et la Fondation canadienne pour l’innovation (FCI), qui ont permis l’acquisition d’outils technologiques de pointe.