Une nouvelle conception d’échafaudage encourage la croissance directionnelle des neurones et pourrait conduire à une meilleure réparation des moelles épinières endommagées.
Alors que certaines parties du corps humain peuvent guérir relativement bien après une blessure, une moelle épinière endommagée est notoirement difficile à réparer. Mais un nouveau type d’échafaudage artificiel donne aux scientifiques de nouvelles raisons d’être optimistes. Sa conception novatrice encourage les neurones en voie de régénération à se rapprocher les uns des autres et à combler plus efficacement les connexions rompues, ce qui offre un nouvel espoir d’amélioration des traitements.
Lorsqu’une moelle épinière est blessée, elle peut rompre d’importantes connexions entre le cerveau et le corps et entraver la capacité de la victime à bouger et à ressentir des sensations, voire entraîner une paralysie. Contrairement à certains autres nerfs, comme ceux des doigts et des jambes, qui peuvent se guérir sans trop de problèmes, ceux du système nerveux central, le cerveau et la moelle épinière, fonctionnent un peu différemment.
« Actuellement, la régénération des neurones blessés de la moelle épinière est un véritable défi », explique le professeur Marco Terenzio, de l’Institut des sciences et technologies d’Okinawa (OIST) au Japon. « Seuls quelques types de neurones de la colonne vertébrale ont une capacité limitée de guérison. En outre, les neurones peuvent avoir besoin de croître de plusieurs millimètres, et des tissus cicatriciels peuvent les gêner. Nous devons donc fournir un échafaudage artificiel pour donner un coup de pouce aux neurones et combler le fossé. »
Nous avons vu quelques exemples intéressants de ces types d’échafaudages conçus pour traiter les lésions de la moelle épinière. L’un d’eux, datant de 2018, consistait en un échafaudage en silicium recouvert de cellules souches imprimées en 3D, qui pouvait être implanté sur le site de la blessure pour générer de nouvelles connexions entre les nerfs restants. Une autre, datant du début de l’année, incorporait une thérapie génique pour favoriser la régénération des fibres nerveuses et améliorer la réparation des tissus chez la souris.
Les scientifiques de l’OIST ont cherché à innover dans ce domaine en s’intéressant à la façon dont les neurones se développent. Normalement, ils se développent du centre vers l’extérieur de manière radiale, mais lorsqu’une connexion avec un neurone voisin doit être réparée, il est plus souhaitable qu’ils se développent en ligne droite pour combler l’écart.
Pour favoriser ce type de comportement, les chercheurs ont donc créé un échafaudage imitant la matrice extracellulaire, c’est-à-dire le matériau fibreux qui offre un support structurel et chimique à la croissance des neurones. Pour ce faire, ils ont conçu des échafaudages dotés de rainures et d’indentations destinées à encourager la croissance directionnelle (plutôt que radiale) des neurones, et ont utilisé une technologie d’impression avancée pour créer le produit fini.
Le nouvel échafaudage visualisé au microscope électronique.
Cette technique, connue sous le nom de lithographie à deux photons, utilise un polymère sensible à la lumière qui est projeté par un laser, ce qui le fait durcir. Mais en ne tirant le laser que sur les parties souhaitées du matériau, on laisse des parties non durcies qui peuvent être facilement éliminées par lavage, laissant ainsi l’échafaudage soigneusement conçu.
« Cela fonctionne un peu comme l’impression 3D, mais à l’envers », explique Marco Terenzio. « Au lieu de construire en déposant du matériau là où il est nécessaire, la structure est créée en retirant du matériau. »
Cette structure s’est avérée thermiquement et mécaniquement stable, ainsi que biocompatible, et les scientifiques l’ont utilisée avec succès pour faire pousser des types de neurones de souris responsables de la transmission des sensations au cerveau et du mouvement musculaire. Ces neurones ont pu se fixer et se développer sur l’échafaudage comme ils le souhaitaient, et lorsqu’ils ont été utilisés sur une version poreuse, ils se sont développés dans la structure ainsi que sur le dessus.
« Nous avons constaté que les neurones étaient capables de pénétrer toutes les couches de l’échafaudage, ce qui était très excitant à voir », déclare Marco Terenzio. « Le prochain objectif est d’utiliser cette conception comme modèle pour développer de futurs échafaudages qui pourraient être utilisés pour des expériences in vivo chez la souris. »
Une partie de ce travail consistera à expérimenter avec différents types de matériaux et à affiner la conception, en explorant comment elle pourrait être utilisée pour traiter d’autres types de blessures. Un autre défi consistera à réduire le coût du processus de production, qui est actuellement décrit comme « prohibitif » et prend des jours pour imprimer des échafaudages d’une taille suffisante.
« La technologie en est encore à ses débuts, mais nous espérons qu’elle s’améliorera en termes de coût et d’efficacité au fil du temps », déclare le Dr. Terenzio. « Nous avons eu beaucoup de chance de pouvoir accéder à cette machine grâce aux services de nanofabrication et d’ingénierie mécanique de la section ingénierie de l’OIST. »
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0928493121006421
