Les voies nerveuses coupées sont très difficiles à traiter. Le cas échéant, les dommages causés jusqu’à présent ne peuvent être réparés que par des opérations complexes. À l’Institut Max Planck de recherche sur les polymères, nous avons développé des matériaux qui stimulent la croissance des nerfs endommagés. Les résultats des tests initiaux sur des souris montrent que les voies nerveuses peuvent se régénérer de cette façon.

Texte: Christopher V. Synatschke /Tanja Weil

Avez-vous déjà essayé de tenir un stylo sans utiliser votre pouce? Alors vous saurez à quel point c’est difficile. Ce qui peut sembler un exercice de doigt intéressant est pour beaucoup une réalité amère. Si les voies nerveuses sont endommagées ou complètement sectionnées à la suite d’un accident de la circulation ou d’une blessure professionnelle, des membres individuels ou même des parties entières du corps peuvent devenir engourdis et souvent ne peuvent plus être déplacés. Dans le passé, la seule chance de restaurer leur fonctionnalité a été la chirurgie. Certaines opérations consistent à retirer les brins nerveux d’une autre partie du corps et à les réinsérer à l’endroit endommagé. De cette façon, les terminaisons nerveuses endommagées peuvent se recroqueviller ensemble, rétablissant un certain degré de mouvement dans la partie affectée.

La croissance nécessite une structure

Although nerves may be able to bridge a severed connection, the process is extremely complex and not always succès. De plus, un cadre de protéines entoure les nerfs sains, et les fibres nerveuses blessées dépendent du fait que ce cadre reste intact. Cependant, les blessures endommagent souvent non seulement le tractus nerveux lui-même, mais également ce cadre. Cette matrice dite extracellulaire forme l’échafaudage des voies nerveuses. Tout comme les plants de tomates ont besoin d’un treillis, les cellules nerveuses ont besoin de cette matrice pour se développer à côté. À l’Institut Max Planck de recherche sur les polymères, nous avons développé un matériau composé de blocs de construction endogènes, qui peuvent être utilisés pour remplacer cette matrice. Et comme cela a été montré, le cadre artificiel aide les nerfs endommagés à se régénérer. La matrice naturelle est constituée de protéines particulières : des molécules à longue chaîne pliées comme des pelotes de laine. Un grand nombre de ces petites boules de laine s’alignent pour former de longues fibres. Ces différentes fibres forment une toile – la matrice extracellulaire – sur laquelle les cellules nerveuses peuvent s’accrocher.

Fibres Lego

Pour que ces protéines se forment, de nombreux processus biochimiques complexes doivent avoir lieu dans le corps – trop complexes pour être recréés dans un tube à essai. Notre recherche adopte une approche différente: bien que nous utilisions les mêmes matériaux de base qui composent la matrice extracellulaire, nous les assemblons sous une forme plus simple. Nous utilisons des molécules à chaîne courte appelées peptides, qui, comme les protéines, sont composées de blocs constitutifs d’acides aminés. Nous produisons ces peptides avec une précision chimique, ce qui nous permet de déterminer la position exacte de chaque bloc de construction individuel.

Pour utiliser une analogie, notre conception chimique précise crée des « goujons » et des « trous » correspondants sur les molécules, similaires aux briques Lego. Deux molécules peptidiques ainsi synthétisées s’aligneront naturellement pour que goujon et trou se rencontrent. Cela crée alors une structure stable. Nous avons pu utiliser cette technique pour produire des fibres longues qui, malgré leur structure microscopique différente, ressemblent fortement aux fibres de la matrice extracellulaire du nerf par leur forme et leur composition chimique.

Du tube à essai à la souris

Comment se comportent les cellules nerveuses lorsqu’elles doivent se développer sur cette matrice extracellulaire artificielle? Comment ces caractéristiques de croissance changent-elles lorsque nous modifions les peptides utilisés à l’origine? Nous avons étudié ces questions en collaboration avec notre par tner Bernd Knöll, professeur à l’Institut de Psychologie physiologique de l’Université d’Ulm. Nous avons produit diverses structures peptidiques, les avons déposées sur des substrats en verre et y avons cultivé des cellules nerveuses. Alors que les cellules ner ve de certaines structures fibreuses ont à peine grandi, sur d’autres, nous avons vu la formation rapide d’axones, de fines protubérances qui créent les connexions avec d’autres cellules nerveuses.

En collaboration avec nos collègues de l’Université d’Ulm, nous avons ensuite utilisé des modèles animaux pour tester la structure des fibres qui soutenait la meilleure croissance des cellules nerveuses. Nous avons sectionné chirurgicalement le nerf facial d’une souris d’un côté, qui contrôle le mouvement de ses moustaches. Nous avons ensuite pris les peptides formant des fibres et les avons injectés dans l’espace du nerf. Au bout de 18 jours, la souris a pu bouger à nouveau ses moustaches dans une certaine mesure; les voies nerveuses avaient apparemment ressurgi ensemble.

Puisque les peptides utilisés dans nos fibres artificielles ressemblent aux protéines naturelles de la matrice extracellulaire, nous espérons que si le matériau reste en place pendant le processus de guérison, le corps pourra ensuite le décomposer avec le temps. Jusqu’à présent, nous avons pu montrer que le matériau restant au site d’injection diminue lentement. Cependant, que cela soit dû à une dégradation biologique ou à la distribution dans le corps nécessite une enquête plus approfondie.

Propriétés pionnières

Comme l’a montré l’expérience de laboratoire chez la souris, les lésions initiales des voies nerveuses peuvent être réparées à l’aide de notre matrice artificielle. Cependant, avant d’utiliser le matériau dans des applications cliniques, une optimisation supplémentaire est nécessaire car les cellules nerveuses de notre matériau ne se développent pas aussi bien que dans la matrice naturelle. Ils poussent également de manière assez désordonnée dans toutes les directions. Notre prochaine étape consistera à intégrer des facteurs de croissance dans la matrice artificielle pour accélérer davantage le processus de guérison. De plus, nous voulons orienter les structures fibreuses injectées pour aider les cellules nerveuses à se développer dans une direction spécifique.

Nous sommes convaincus que notre matrice extracellulaire artificielle pourrait représenter une bonne alternative à la chirurgie complexe pour les lésions mineures des voies nerveuses. D’autres recherches pourraient également conduire à une méthode de traitement non seulement des lésions du système nerveux périphérique, mais également du système nerveux central.