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Nerfs régénérants
Le corps humain peut être incroyablement résistant : les plaies guérissent, les os se réparent, les ligaments se reforment. Mais la récupération des lésions nerveuses est beaucoup moins fiable. Dans le dernier numéro de Matériaux avancés , les chercheurs Christiane Gumera et Yadong Wang du Georgia Institute of Technology ont annoncé avoir déclenché la repousse des cellules nerveuses à l'aide d'un polymère recouvert de structures chimiques qui ressemblent à l'acétylcholine, un neurotransmetteur courant. La recherche, qui est la première à combiner un neurotransmetteur et un polymère, pourrait un jour déboucher sur des traitements des maladies neurodégénératives et des lésions de la moelle épinière.
Nerfs d'allaitement : Christiane Gumera et Yadong Wang de Georgia Tech (en haut) examinent des neurones colorés cultivés sur un polymère mêlé de structures chimiques qui ressemblent au neurotransmetteur acétylcholine. Le polymère stimule la croissance des projections porteuses d'informations des neurones, appelées neurites (ci-dessous).
Beaucoup de gens ont fait des travaux sur les biopolymères, explique Christine Schmidt, ingénieur biomédical à l'Université du Texas à Austin. Mais cela démontre qu'un polymère avec un neurotransmetteur peut être utilisé pour guider la croissance du système nerveux.
Des recherches antérieures ont identifié plusieurs agents qui peuvent stimuler la repousse des cellules nerveuses, ou neurones, une protéine appelée laminine en tête d'entre eux. Mais la laminine est soluble dans l'eau et se dissout rapidement dans l'environnement à base d'eau du corps. Le matériau des chercheurs de Georgia Tech a fonctionné aussi bien que la laminine, mais comme il est insoluble dans l'eau, il est plus susceptible de rester en place s'il est inséré dans le corps d'un patient, et il pourrait stimuler la croissance des cellules nerveuses pendant des semaines au lieu de jours.
L'acétylcholine, le neurotransmetteur sur lequel les chercheurs se sont concentrés, est l'un des plus courants. Comme tous les neurotransmetteurs, il transporte, amplifie et module les signaux envoyés entre les neurones. Depuis des années, on sait que l'acétylcholine stimule la croissance des projections porteuses d'informations d'un neurone, ou neurites : le long émetteur solitaire appelé axone et les nombreux récepteurs courts appelés dendrites. Mais les enzymes du corps décomposent l'acétylcholine moins d'une seconde après l'avoir détectée, car trop d'acétylcholine est toxique et inhibe les neurites.
Pour donner à leur produit chimique semblable à l'acétylcholine un effet contrôlé et à long terme, les chercheurs l'ont attaché à un matériau que les enzymes ne peuvent pas briser : un polyester flexible et biodégradable. Wang note que d'autres messagers chimiques peuvent être attachés à l'épine dorsale du polymère et que l'ensemble de l'assemblage se décompose après plusieurs semaines.
Wang et Gumera ont placé un petit morceau de nerf de rat et son tissu environnant sur le polymère et ont mesuré la longueur du nerf au cours des quatre à six jours suivants. Les neurites ont augmenté régulièrement pendant six jours, puis ont commencé à ralentir. Le plus long neurite produit mesurait plus de cinq millimètres de long, avec un taux de croissance maximal de 0,7 millimètre par jour.
Wang et Gumera ont également testé des matériaux dans lesquels leur substitut d'acétylcholine - connu sous le nom de groupe fonctionnel de type acétylcholine - et le polymère ont été combinés dans différents rapports. La croissance des neurites a augmenté avec la concentration du groupe fonctionnel, jusqu'à 70 pour cent. Les matériaux avec des concentrations du groupe fonctionnel supérieures à 70 pour cent ont inhibé la croissance des neurites. Les chercheurs ont également testé le polymère contre la laminine, l'étalon-or pour la croissance des neurites, selon Wang, et la croissance des neurites induite par les deux matériaux était à peu près la même. Wang prévoit de commencer à travailler sur un polymère avec des groupes fonctionnels qui imitent à la fois l'acétylcholine et la laminine, qui, espère-t-il, produira un effet encore plus fort.
Wang travaille également à fabriquer le polymère dans des configurations qui seraient plus utiles sur le plan thérapeutique. À l'heure actuelle, nous n'avons qu'un revêtement plat de polymère, dit-il. Ce que nous essayons de faire ensuite, c'est de faire tourner le polymère en nano- ou sous-microfibres. Étant donné que le polymère est fabriqué à partir de polyester, le manipuler dans d'autres formes devrait être simple, explique Schmidt de l'Université du Texas.
Dans les bonnes circonstances, les neurones blessés sont capables d'une certaine régénération, mais le tissu cicatriciel inhibe leur croissance. Wang, qui travaille sur la recherche sur les polymères depuis plus de trois ans, pense qu'un jour les chirurgiens pourraient enfiler des fibres d'un polymère parsemé de stimulateurs de croissance à travers le tissu cicatriciel, guidant les neurites vers un environnement où ils peuvent continuer à se développer de leur propre gré. . Une fois que vous atteignez le bon environnement, le neurone se développera très bien, dit-il. Quelques millimètres de la fibre insérée chirurgicalement suffiraient à surmonter les effets répulsifs du tissu cicatriciel.
Pour traiter les maladies neurodégénératives comme la maladie d'Alzheimer, Wang espère utiliser le polymère pour générer plus efficacement des neurones qui pourraient être transplantés chez les patients.
Cependant, toute utilisation thérapeutique du polymère imitant les neurotransmetteurs est encore loin. Concevoir de nouveaux matériaux avec des fonctionnalités différentes est difficile, explique Schmidt. Mais cela pourrait conduire à de nouveaux résultats. Il y a beaucoup de potentiel.