Des scientifiques de l'Université de Cambridge ont créé de minuscules systèmes cerveau-moelle épinière cultivés en laboratoire qui imitent la façon dont les signaux moteurs voyagent dans le système nerveux humain. En utilisant ce modèle, l'équipe a découvert que les lésions nerveuses autrefois considérées comme permanentes pourraient en réalité être réversibles dans certaines conditions.
Alors que le corps humain se développe d'un embryon à un fœtus puis à un nourrisson, les neurones forment des réseaux de communication complexes entre le cerveau et la moelle épinière. Ces signaux voyagent à travers les axones, les longues fibres nerveuses qui permettent aux neurones d'envoyer des messages et de contrôler les mouvements musculaires. Cependant, avec le temps, le système nerveux central perd en grande partie sa capacité à régénérer les axones endommagés. En conséquence, les lésions du cerveau ou de la moelle épinière deviennent souvent permanentes, entraînant des handicaps graves comme la paralysie ou la perte de mouvement. Cette perte de capacité régénérative est également liée à des maladies neurologiques telles que la sclérose latérale amyotrophique et la sclérose en plaques.
En 2021, le Dr András Lakatos et ses collègues de l'Université de Cambridge ont développé des modèles miniatures de cerveau humain à partir de cellules souches prélevées sur des patients. Ces « organoïdes cérébraux » de la taille d'un pois ressemblaient à des parties du cortex cérébral et permettaient aux chercheurs d'étudier les changements moléculaires liés à la sclérose latérale amyotrophique et d'explorer des moyens de les prévenir. Maintenant, dans une nouvelle étude publiée dans Cell Reports, les chercheurs ont élargi ce travail en construisant une version miniature du système cerveau-moelle épinière humain connecté. Parce que le cerveau et la moelle épinière sont des structures séparées mais connectées dans le corps, l'équipe a maintenu les organoïdes physiquement séparés en laboratoire. Ils ont ensuite observé les axones du tissu cérébral traversant l'espace et se connectant au tissu de la moelle épinière. Le circuit neuronal résultant était suffisamment fonctionnel pour déclencher des contractions dans de minuscules amas de cellules musculaires.
Les scientifiques ont maintenu ces systèmes miniatures en laboratoire pendant plus d'un an. Ils ont découvert que jusqu'au 150e jour de développement environ, correspondant à peu près au milieu de la grossesse, les axones endommagés pouvaient encore repousser. Après ce point, les neurones montraient une baisse majeure de leur capacité à se régénérer. George Gibbons du Département des neurosciences cliniques de l'Université de Cambridge et premier auteur de l'étude a déclaré : « Les neurones prélevés sur des organoïdes moins matures ont repoussé de longues fibres après une blessure, mais ceux des organoïdes plus matures ont montré une forte baisse de leur capacité à repousser. En d'autres termes, une mauvaise régénération est intégrée dans les neurones humains à mesure qu'ils mûrissent dans le système nerveux central. »
L'équipe a analysé l'activité des gènes dans les neurones qui connectent le cerveau et la moelle épinière. Leur travail a révélé un réseau de gènes qui agit comme un interrupteur biologique, limitant la croissance des axones à mesure que les neurones mûrissent et forment des synapses. Remarquablement, lorsque les chercheurs ont bloqué les régulateurs clés de ce réseau, les neurones ont retrouvé la capacité de faire pousser des axones. Les chercheurs ont également fouillé une base de données de composés médicamenteux pour identifier des médicaments qui affectent ce réseau génétique nouvellement identifié. Un candidat prometteur était le lynestrénol, un médicament hormonal actuellement approuvé pour certains troubles menstruels et comme contraceptif. Lorsque le médicament a été testé sur des neurones endommagés, il a significativement amélioré la repousse des axones.
Les scientifiques ont noté que le tissu cicatriciel et l'inflammation peuvent également interférer avec la réparation nerveuse après une blessure. Cependant, comprendre les mécanismes biologiques spécifiques aux neurones qui limitent la régénération reste crucial. Des preuves antérieures ont montré que les neurones plus jeunes peuvent se développer à travers des environnements qui bloquent normalement la réparation sur les sites de blessure. L'auteur principal, le Dr András Lakatos, qui a dirigé l'étude au Département des neurosciences cliniques, a déclaré : « Lorsque le cerveau et la moelle épinière sont endommagés, les fibres nerveuses qui transportent les signaux moteurs du cerveau à la moelle épinière repoussent rarement. C'est pourquoi la paralysie est généralement permanente. Mais nous ne savions pas exactement quand la capacité des axones à se régénérer devient limitée. Notre modèle fournit une bonne