Les grenouilles brièvement traitées avec un cocktail de cinq médicaments administré par un bioréacteur portable sur le moignon ont pu faire repousser un membre fonctionnel presque complet.
Pour des millions de patients qui ont perdu des membres pour des raisons allant du diabète à un traumatisme, la possibilité de retrouver une fonction par régénération naturelle reste hors de portée. La repousse des jambes et des bras reste le domaine des salamandres et des super-héros.
Mais dans une étude publiée dans la revue Science Advances, des scientifiques de l’Université Tufts et de l’Institut Wyss de l’Université Harvard nous ont rapprochés de l’objectif de la médecine régénérative.
Sur des grenouilles adultes, qui sont naturellement incapables de régénérer les membres, les chercheurs ont pu déclencher la repousse d’une jambe perdue à l’aide d’un cocktail de cinq médicaments appliqué dans un dôme de bioréacteur portable en silicone qui scelle l’élixir sur la souche pendant seulement 24 heures. Ce bref traitement déclenche une période de repousse de 18 mois qui restaure une jambe fonctionnelle.
De nombreuses créatures ont la capacité de régénération complète d’au moins certains membres, notamment les salamandres, les étoiles de mer, les crabes et les lézards. Les vers plats peuvent même être découpés en morceaux, chaque morceau reconstituant un organisme entier. Les humains sont capables de fermer les plaies avec une nouvelle croissance tissulaire, et nos foies ont une capacité remarquable, presque semblable à celle des vers plats, à se régénérer à pleine taille après une perte de 50 %.
Mais la perte d’un membre volumineux et structurellement complexe – un bras ou une jambe – ne peut être restaurée par aucun processus naturel de régénération chez l’homme ou les mammifères. En fait, nous avons tendance à recouvrir les blessures majeures d’une masse amorphe de tissu cicatriciel, les protégeant de nouvelles pertes de sang et d’infections et empêchant une croissance ultérieure.
Lancer la régénération
Les chercheurs de Tufts ont déclenché le processus de régénération chez les grenouilles africaines à griffes en enfermant la plaie dans un capuchon en silicone, qu’ils appellent un BioDome, contenant un gel de protéines de soie chargé du cocktail de cinq médicaments.
Chaque médicament remplissait un objectif différent, notamment en atténuant l’inflammation, en inhibant la production de collagène qui entraînerait des cicatrices et en encourageant la nouvelle croissance des fibres nerveuses, des vaisseaux sanguins et des muscles. La combinaison et le bioréacteur ont fourni un environnement local et des signaux qui ont fait pencher la balance de la tendance naturelle à fermer la souche vers le processus de régénération.
Les chercheurs ont observé une croissance spectaculaire des tissus chez de nombreuses grenouilles traitées, recréant une patte presque entièrement fonctionnelle. Les nouveaux membres avaient une structure osseuse étendue avec des caractéristiques similaires à la structure osseuse d’un membre naturel, un complément plus riche de tissus internes (y compris des neurones) et plusieurs « orteils » poussaient à partir de l’extrémité du membre, bien que sans le soutien de l’os sous-jacent.
Le membre repoussé bougeait et répondait à des stimuli tels que le toucher d’une fibre rigide, et les grenouilles pouvaient s’en servir pour nager dans l’eau, se déplaçant un peu comme le ferait une grenouille normale.
« C’est excitant de voir que les médicaments que nous avons sélectionnés aidaient à créer un membre presque complet », a déclaré Nirosha Murugan, chercheur affilié au Allen Discovery Center de Tufts et premier auteur de l’article. « Le fait qu’il n’ait fallu qu’une brève exposition aux médicaments pour déclencher un processus de régénération de plusieurs mois suggère que les grenouilles et peut-être d’autres animaux peuvent avoir des capacités de régénération dormantes qui peuvent être déclenchées ».
Les chercheurs ont exploré les mécanismes par lesquels la brève intervention pourrait conduire à une croissance à long terme. Dans les premiers jours suivant le traitement, ils ont détecté l’activation de voies moléculaires connues qui sont normalement utilisées dans un embryon en développement pour aider le corps à prendre forme.
L’activation de ces voies pourrait permettre au membre lui-même de gérer le fardeau de la croissance et de l’organisation des tissus, de la même manière que dans un embryon, plutôt que de nécessiter une intervention thérapeutique continue pendant les nombreux mois nécessaires à la croissance du membre.
Comment fonctionne le BioDôme
Les animaux naturellement capables de se régénérer vivent majoritairement en milieu aquatique. La première étape de la croissance après la perte d’un membre est la formation d’une masse de cellules souches à l’extrémité du moignon appelée blastème, qui sert à reconstruire progressivement la partie du corps perdue. La plaie est rapidement recouverte de cellules cutanées dans les 24 premières heures suivant la blessure, protégeant le tissu de reconstruction en dessous.
« Les mammifères et autres animaux en régénération verront généralement leurs blessures exposées à l’air ou en contact avec le sol, et ils peuvent prendre des jours à des semaines pour se refermer avec du tissu cicatriciel », a déclaré David Kaplan, professeur d’ingénierie de la famille Stern à Tufts et co- auteur de l’étude. « L’utilisation du capuchon BioDome au cours des premières 24 heures aide à imiter un environnement de type amniotique qui, avec les bons médicaments, permet au processus de reconstruction de se dérouler sans l’interférence du tissu cicatriciel. »
Prochaines étapes chez les grenouilles et les mammifères
Des travaux antérieurs de l’équipe Tufts ont montré un degré significatif de croissance des membres déclenché par un seul médicament, la progestérone, avec le BioDome. Cependant, le membre résultant s’est développé comme une pointe et était loin du membre fonctionnel de forme plus normale obtenu dans l’étude actuelle.
Le cocktail de cinq médicaments représente une étape importante vers la restauration de membres de grenouille entièrement fonctionnels et suggère qu’une exploration plus approfondie des combinaisons de médicaments et de facteurs de croissance pourrait conduire à des membres repoussés qui sont encore plus complets sur le plan fonctionnel, avec des chiffres normaux, des sangles et un squelette et un squelette plus détaillés. caractéristiques musculaires.
« Nous testerons ensuite comment ce traitement pourrait s’appliquer aux mammifères », a déclaré l’auteur correspondant Michael Levin, professeur Vannevar Bush de biologie à l’École des arts et des sciences, directeur du Allen Discovery Center à Tufts et membre associé du corps professoral du Institut Wyss.
« Couvrir la plaie ouverte avec un environnement liquide sous le BioDome, avec le bon cocktail de médicaments, pourrait fournir les premiers signaux nécessaires pour déclencher le processus de régénération », a-t-il déclaré. « Il s’agit d’une stratégie axée sur le déclenchement de programmes de structuration anatomique inhérents et dormants, et non sur la microgestion d’une croissance complexe, car les animaux adultes disposent toujours des informations nécessaires pour fabriquer leurs structures corporelles. »
Source de l’histoire :
Matériel fourni par l’Université Tufts . Original écrit par Mike Silver. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
Référence de la revue :
- Nirosha J. Murugan, Hannah J. Vigran, Kelsie A. Miller, Annie Golding, Quang L. Pham, Megan M. Sperry, Cody Rasmussen-Ivey, Anna W. Kane, David L. Kaplan, Michael Levin. L’administration aiguë de plusieurs médicaments via un bioréacteur portable facilite la régénération à long terme des membres et la récupération fonctionnelle chez les Xenopus laevis adultes . Avancées scientifiques , 2022 ; 8 (4) DOI : 10.1126/sciadv.abj2164