Des ingénieurs biomédicaux de l'Université Duke ont concocté un biomatériau injectable qui pourrait réellement aider le cerveau à rebondir après un AVC ischémique. Dans des expériences sur des souris, la substance gélatineuse a transformé la cavité laissée par le tissu cérébral mort en un centre de guérison confortable, recrutant les cellules immunitaires du corps, faisant pousser de nouveaux vaisseaux sanguins, ajustant le tissu neural et améliorant les capacités motrices des rongeurs. Les résultats ont été publiés dans Cell Biomaterials.

Voici le problème avec les AVC : des millions de personnes subissent chaque année un AVC ischémique, où un caillot sanguin bloque le flux sanguin vers une partie du cerveau. Les traitements d'urgence comme les médicaments dissolvant les caillots ou le retrait physique du caillot peuvent sauver le tissu encore viable, mais une fois que le tissu cérébral est mort, il est perdu. Les AVC graves peuvent laisser un trou béant là où se trouvait le cerveau, et la réadaptation ne peut faire que tant de choses - elle aide les circuits survivants à s'adapter mais ne reconstruit pas la région perdue.

« Une fois que le tissu cérébral est perdu, rétablir le flux sanguin ne suffit plus », a déclaré Tatiana Segura, professeure distinguée Robert Plonsey de génie biomédical à Duke. « Notre objectif est d'ingénier l'espace blessé pour que les processus de réparation immunitaire, vasculaire et neural puissent commencer à travailler ensemble. »

L'équipe a créé un environnement à l'intérieur de la cavité d'AVC qui soutient plusieurs types de réparation à la fois. Ils ont utilisé des échafaudages de particules micro-poreuses annelées (MAPS), qui sont des microparticules d'hydrogel qui s'assemblent en une structure poreuse, fournissant un cadre pour que les cellules reconstruisent le tissu neural. Mais ils ne se sont pas arrêtés là. Ils voulaient également exploiter le système immunitaire, en se concentrant sur les astrocytes, ces cellules en forme d'étoile qui répondent rapidement aux lésions cérébrales. Les astrocytes libèrent des vésicules extracellulaires (VE) - de petits paquets de protéines, lipides et matériel génétique qui influencent d'autres cellules.

Plutôt que d'injecter simplement des VE dans la zone endommagée, les scientifiques les ont chimiquement attachées aux microparticules d'hydrogel. Cela a maintenu les signaux concentrés dans l'échafaudage, donnant aux cellules entrantes une meilleure chance de les rencontrer. « Nous ne plaçons pas simplement un matériau dans le cerveau », a déclaré Segura. « Nous ingénier un environnement local qui peut coordonner plusieurs parties de la réponse de réparation. »

Une combinaison de signaux s'est démarquée : IL-4 et C1q, qui ont attiré des cellules immunitaires utiles comme les macrophages et une population étonnamment persistante de neutrophiles. Les neutrophiles sont généralement les méchants dans l'inflammation précoce après un AVC, mais les résultats suggèrent que leur rôle est plus nuancé. Plus tard, avec les bons signaux, ils pourraient en fait soutenir la réparation. Lorsque les chercheurs ont épuisé ces neutrophiles, la formation de vaisseaux sanguins a chuté et l'échafaudage ne s'est pas autant remodelé - preuve que ces cellules comptent.

« Ce résultat change notre façon de penser les neutrophiles après un AVC », a déclaré Shangjing Xin, scientifique principal et chercheur postdoctoral au laboratoire Segura. « Leur rôle semble dépendre du moment où ils arrivent, de l'endroit où ils se trouvent et des signaux qu'ils reçoivent de leur environnement. Notre étude démontre une stratégie d'ingénierie potentielle pour recruter et retenir ces cellules au bon moment. »

Alors que les cellules immunitaires s'installaient, de nouveaux vaisseaux sanguins se sont formés dans toute la cavité, et les fibres axonales - les câbles de communication du cerveau - ont augmenté à la fois à l'intérieur et autour de la zone blessée. Les souris se sont également améliorées dans un test de marche sur grille (mesurant les faux pas des membres antérieurs), et après huit semaines, elles étaient statistiquement indiscernables des témoins sains. L'amélioration a duré pendant le reste de l'étude.

L'équipe a également essayé les VE sans l'échafaudage, mais elles n'ont pas réussi à produire une réparation vasculaire similaire. Ainsi, le biomatériau n'est pas seulement un véhicule de livraison - son architecture poreuse et sa capacité à maintenir les signaux concentrés sont critiques.

Bien sûr, tout cela est encore préclinique. Le traitement n'a été testé que sur des souris, avec une injection directe dans le cerveau. Des recherches supplémentaires sont nécessaires pour évaluer la sécurité, comprendre les rôles des cellules immunitaires et voir si cela fonctionne sur des modèles plus grands plus proches de l'AVC humain. De plus, les VE proviennent actuellement d'astrocytes de rat ; la