Notre moelle épinière est essentiellement une structure cylindrique délicate composée de cellules et de nerfs qui transmettent des informations entre le cerveau et le reste du corps. Si elle est endommagée, ce flux d’informations peut être interrompu, voire complètement coupé. C’est pourquoi les lésions médullaires (LM) peuvent être si dévastatrices.
Le fait que notre système nerveux central ne se régénère pas très bien est peut-être encore plus dévastateur, ce qui signifie que les possibilités de traitement d’une LM sont extrêmement limitées.
Toutefois, grâce à des recherches telles que celles menées dans le cadre du projet NeuroStimSpinal financé par l’UE, cette situation pourrait commencer à changer. Le projet développe un échafaudage de tissu nerveux qui, en combinant des repères topographiques fibreux et poreux, imite la morphologie de la moelle épinière native.
« Notre objectif consiste à retirer la zone lésée de la colonne vertébrale et à la remplacer par notre échafaudage, ce qui permet aux cellules neuronales de rétablir la communication », explique Paula Marques, chercheuse à l’université d’Aveiro et coordinatrice du projet NeuroStimSpinal.
Les propriétés de conductivité électrique et de biocompatibilité du graphène
Les échafaudages issus de l’ingénierie tissulaire représentent un outil important pour la médecine régénérative, car ils fournissent un support structurel pour la fixation des cellules et le développement éventuel des tissus. Le défi consiste toutefois à trouver le bon matériau pour le travail à effectuer.
Selon Paula Marques, le graphène est un matériau qui présente un potentiel d’utilisation important pour les LM. « Le graphène est un nanomatériau à base de carbone aux propriétés extraordinaires, sur lequel notre groupe de recherche travaille et qu’il développe pour différents types d’applications depuis plus de 15 ans », explique-t-elle.
Au cours de ces travaux, Paula Marques a remarqué deux propriétés essentielles : la conductivité électrique et la biocompatibilité. « Ces propriétés ont attiré notre attention sur le développement de biomatériaux pouvant être stimulés électriquement », ajoute-t-elle.
Étant donné que le tissu nerveux de la moelle épinière est sensible à l’électricité, Paula Marques a vu une opportunité d’examiner l’utilisation d’échafaudages à base de graphène pour le traitement des LM. C’est ainsi qu’est né le projet NeuroStimSpinal.
Appliquer une stimulation électrique au biomatériau
Le premier défi à relever pour le projet a été de trouver un biomatériau pouvant être combiné au graphène et intégré dans une structure en 3D.
« L’un de nos partenaires de projet avait mis au point une méthode d’extraction de la matrice extracellulaire à partir de graisse animale », note Paula Marques. « En fournissant différents indices biochimiques, cette matrice naturelle permet aux cellules de reconnaître l’environnement, ce qui constitue une première étape importante vers la régénération des tissus. »
Ensuite, les chercheurs ont tenté de déterminer comment appliquer une stimulation électrique au biomatériau. « Le grand défi consistait, dans un premier temps, à associer la matrice extracellulaire au graphène d’une manière qui soit à la fois facilement reproductible et qui n’introduise aucun type de toxicité pour le matériau lui-même, puis à appliquer un courant électrique longitudinal à travers celui-ci », explique Paula Marques.
Un dispositif implantable pour régénérer les tissus nerveux chez les patients atteints de lésions médullaires
En effectuant des tests sur des cellules embryonnaires neuronales, les chercheurs ont vérifié que ces cellules progénitrices, qui ne sont pas encore totalement différenciées en présence de cette structure tridimensionnelle, sont capables de se différencier en neurones. Les neurones sont les principales cellules à l’origine de la croissance des axones, ces longues fibres filiformes qui relient les cellules nerveuses afin qu’elles puissent communiquer tout au long de la moelle épinière.
« Cette étape démontre le potentiel de création d’un dispositif fonctionnel implantable composé d’un échafaudage fabriqué à partir d’un matériau à base de graphène et d’une matrice extracellulaire qui, en conjonction avec une stimulation électrique, peut régénérer le tissu nerveux chez les patients atteints de lésions médullaires », conclut Paula Marques.
Paula Marques est convaincue que les résultats scientifiques du projet NeuroStimSpinal ont fourni une base solide sur laquelle les projets futurs pourront s’appuyer et, en fin de compte, faire progresser notre capacité à traiter les LM.
