L’échafaudage moléculaire offre de nouvelles approches pour les lésions de la moelle épinière

Les scientifiques de Northwestern Medicine ont développé un « échafaudage » moléculaire capable d’améliorer l’activité électrique et la croissance des neurones, ce qui pourrait s’avérer utile dans le traitement des lésions de la moelle épinière, selon des résultats récents publiés dans ACS Nano.

Selon le National Spinal Cord Injury Statistical Center, 17 730 nouvelles lésions de la moelle épinière sont diagnostiquées chaque année et environ 291 000 personnes vivent avec des lésions de la moelle épinière aux États-Unis.

Les lésions du système nerveux central, notamment les lésions de la moelle épinière, entraînent souvent un dysfonctionnement à long terme du système nerveux, car ces neurones ont une capacité limitée à se régénérer. L’étude actuelle a étudié de nouvelles approches pour améliorer ce processus de repousse, selon Samuel Stupp, Ph.D., professeur du conseil d’administration de science et d’ingénierie des matériaux, de chimie, de médecine et de génie biomédical, qui était l’auteur principal de l’étude.

“Les thérapies efficaces pour la régénération du système nerveux central ne sont pratiquement pas disponibles pour le moment”, a déclaré Stupp, qui est également le directeur fondateur de l’Institut Simpson Querrey pour la bionanotechnologie (SQI) et de son centre de recherche affilié, le Centre de nanomédecine régénérative. “Il existe quelques idées concernant l’utilisation de cellules souches et de médicaments à petites molécules, mais notre approche est très différente.

“Nous avons développé des fibres à l’échelle nanométrique, formées de dizaines de milliers de molécules, ayant la capacité de signaler les neurones et d’autres cellules et construites à partir d’éléments de base naturels qui sont totalement sûrs à utiliser. De par leur conception, les nanofibres hydrosolubles se gélifient instantanément en un structure semblable à un échafaudage lors de l’injection sur un site tissulaire où la régénération est nécessaire. Après quelques semaines, le saut d’échafaudage démarre les processus de régénération et se désintègre ensuite en nutriments pour les cellules.

Des recherches antérieures ont montré que certaines protéines peuvent être introduites dans un site de lésion médullaire pour favoriser la guérison, mais les courtes demi-vies des protéines les empêchent de fournir des résultats durables.

Dans l’étude, les chercheurs ont cherché à développer un nouveau type de nanofibre qui imite la bioactivité de la protéine nétrine-1 et pourrait transmettre de manière durable des signaux aux neurones sur de longues périodes. Netrin-1 est connu pour favoriser de nouvelles connexions neuronales et la croissance et pourrait jouer un rôle déterminant dans le guidage des axones (les longues extensions des neurones qui transmettent les signaux électriques) vers leurs cibles afin de permettre la capacité de marcher après une lésion de la moelle épinière.

Tout d’abord, les chercheurs de l’étude ont conçu un amphiphile peptidique, le type de molécule utilisée dans le laboratoire Stupp pour créer des nanofibres bioactives, auquel était attaché un peptide circulaire mimétique de la nétrine-1 pour interagir avec un récepteur cellulaire spécifique. Le peptide mimétique nétrine-1 est extrêmement petit par rapport à la protéine et contient une séquence d’acides aminés clé qui a activé les récepteurs cellulaires ciblés pour la bioactivité souhaitée, selon l’étude.

Lorsque les chercheurs ont exposé les nanofibres aux neurones corticaux de souris in vitro, ils ont observé une activité électrique accrue et une plus grande croissance des neurites, indicateurs clés de la régénération nerveuse. L’analyse des protéines a confirmé que les nanofibres activaient les récepteurs neuronaux de la nétrine-1 et imitent avec succès la protéine sur de plus longues périodes, selon l’étude.

“Nous avons vu que la nanofibre amphiphile du peptide mimétique nétrine-1 était capable d’être tout aussi bioactive que la protéine nétrine-1”, a déclaré Cara Smith, titulaire d’un doctorat en génie biomédical. candidat au laboratoire Stupp et premier auteur de l’article. “Non seulement il était capable d’améliorer la croissance des neurites, mais il était également capable d’affecter la maturation neuronale et de guider le développement de nouvelles synapses, ou points de communication entre les neurones.”

Le laboratoire Stupp a déjà réalisé une étude préliminaire évaluant les capacités de guérison de la nanostructure chez des animaux vivants, avec des premiers résultats prometteurs, a déclaré Stupp.

“Cette nanofibre offre une vision pour des thérapies très puissantes pour la régénération du système nerveux central qui sont totalement sûres à utiliser, bioactives et très efficaces”, a déclaré Stupp. “Ils peuvent également se biodégrader en toute sécurité une fois qu’ils ont accompli leur travail. Ce type de plateforme n’existe pas actuellement.”