Une nouvelle recherche remet en question les croyances de longue date sur la régénération des membres

Ken Muneoka n’est pas étranger à perturber le domaine de la régénération ; par exemple, dans une publication révolutionnaire de 2019 dans La natureprofesseur au Texas A&M University College of Veterinary Medicine & Biomedical Sciences (CVMBS) prouvé pour la première fois que la régénération conjointe chez les mammifères était possible.

Maintenant, son équipe remet en question d’autres croyances séculaires sur la science fondamentale du domaine, cette fois liées à la façon dont les mammifères pourraient régénérer les parties endommagées du corps.

Chez l’homme, la capacité naturelle de régénération est limitée à des tissus comme l’épiderme, la couche la plus externe de la peau et certains organes, comme le foie.

D’autres espèces, notamment les salamandres, ont la capacité de régénérer des structures complexes telles que les os, les articulations et même des membres entiers. En conséquence, les scientifiques étudient ces espèces depuis plus de 200 ans pour essayer de comprendre les mécanismes derrière la régénération des membres dans l’espoir de traduire un jour ces mécanismes pour induire une régénération plus étendue chez l’homme.

Cette recherche a conduit à une croyance commune selon laquelle la plus grande clé de la régénération des membres est la présence de nerfs.

Bien que cela puisse être vrai pour les salamandres et d’autres espèces, ce n’est pas le cas chez les mammifères, selon deux des études récemment publiées par Muneoka. La première étude, publié l’an dernier dans le Journal de recherche sur les os et les minéraux, a établi que la charge mécanique (la capacité d’appliquer une force sur ou avec une zone affectée) est une exigence pour les mammifères. La deuxième, publié plus tôt cette année dans Biologie du développementétabli que l’absence de nerfs n’inhibe pas la régénération.

Ensemble, ces découvertes présentent un changement important dans la réflexion sur la façon dont la régénération pourrait fonctionner en médecine humaine.

« Ce que ces deux études montrent contredit le dogme vieux de deux siècles selon lequel il faut des nerfs pour se régénérer », a déclaré Muneoka. « Ce qui le remplace chez les mammifères, c’est que vous avez besoin d’une charge mécanique, pas de nerfs. »

Importance de la charge mécanique

Les scientifiques ont longtemps cru que deux choses devaient être présentes dans une zone affectée afin d’induire la régénération chez les mammifères. Le premier concerne les facteurs de croissance, qui sont des molécules capables de stimuler la régénération des cellules et de reconstruire des parties du corps.

Dans la régénération naturelle, ces facteurs de croissance, qui varient d’une espèce à l’autre et selon la zone à régénérer, sont produits par l’organisme. Pour la régénération induite par l’homme, ces facteurs de croissance doivent être introduits dans la zone.

Le deuxième facteur jugé nécessaire était les nerfs. Cette croyance était fondée sur de nombreuses études antérieures de régénération de mammifères induites par l’homme sur des zones, généralement des pointes de doigts, sans nerfs, dans lesquelles les membres entiers n’étaient également plus utilisables.

Ces études auraient le résultat prévu – lorsque des facteurs de croissance ont été introduits, la régénération n’a pas eu lieu – conduisant à la conclusion que, comme chez d’autres espèces, les nerfs étaient nécessaires à la régénération.

Mais l’aspect charge mécanique a été ignoré.

Dans leurs études, Muneoka et ses collègues ont décidé de prendre du recul et de poser la question : « Est-ce vraiment les nerfs, ou le manque de charge mécanique fait-il également partie de l’équation ? »

Connor Dolan, un ancien étudiant diplômé du laboratoire de Muneoka et premier auteur des deux nouvelles études (qui travaille maintenant au Walter Reed National Military Medical Center), a trouvé un moyen de tester l’exigence de dénervation chez les mammifères qui a été inspiré par les astronautes.

La technique, appelée suspension des membres postérieurs, est utilisée par la NASA et d’autres scientifiques depuis des décennies pour tester la façon dont les mammifères réagissent aux environnements en apesanteur. Un processus similaire est utilisé lors d’interventions médicales sur les pattes de gros animaux pour empêcher les animaux de mettre du poids sur les membres affectés.

« Dolan a découvert que lorsque les membres étaient suspendus, même s’ils avaient encore beaucoup de nerfs et pouvaient se déplacer, ils ne pouvaient pas réellement exercer de pression sur leurs membres afin que les pointes des doigts ne se régénèrent pas », a déclaré Muneoka. « Cela a complètement inhibé la régénération. »

Dès que la charge mécanique revient, cependant, la régénération est sauvée.

« Absolument rien ne se passe pendant la suspension », a déclaré Muneoka. « Mais une fois la charge revenue, il y aura quelques semaines de retard, mais ensuite ils commenceront à se régénérer. »

Cette première étape a prouvé que même si des nerfs pouvaient être nécessaires, la charge mécanique était un élément essentiel de la régénération.

Poussant la recherche un peu plus loin, la deuxième publication de Dolan a montré que les nerfs n’étaient pas nécessaires en démontrant que si une souris n’a pas de nerfs dans l’un de ses doigts mais en a dans les autres – de sorte qu’elle exerce toujours une force sur le doigt dénervé – ce doigt va encore se régénérer.

« Il a constaté qu’ils se régénèrent un peu plus lentement, mais ils se régénèrent parfaitement normalement », a déclaré Muneoka.

Ramifications de la recherche

Muneoka s’empresse de souligner que leurs études ne disent pas que les recherches précédentes sont fausses, mais simplement qu’elles ne s’appliquent pas directement aux humains.

« Il y a eu un certain nombre d’études sur les salamandres qui prouvent que lorsque vous enlevez les nerfs, ils ne se régénèrent pas », a déclaré Muneoka. « Les chercheurs ont également pu introduire dans les cellules des facteurs de croissance dont ils savent qu’ils sont produits par les nerfs et sauver la régénération.

« Ainsi, les salamandres ont probablement besoin de nerfs pour se régénérer », a-t-il déclaré. « Mais si nous voulons régénérer des membres chez l’homme, cela ressemblera beaucoup plus à ce qui se passe chez la souris. »

Depuis qu’il a commencé à s’intéresser à la régénération il y a plus de 20 ans, un certain nombre d’idées de Muneoka ont repoussé les théories généralement acceptées sur la régénération. Il a dit que la publication de ces deux articles avait pris près de trois ans parce qu’ils avaient initialement essayé de les soumettre ensemble.

« De nombreux scientifiques n’adoptent pas cette idée », a-t-il déclaré. « La carrière de beaucoup de gens dépend vraiment de leurs études sur les nerfs et de la façon dont ils affectent la régénération. Pour qu’une étude sorte et dise que pour les humains, il est peu probable que vous ayez besoin des nerfs, de toute l’application biomédicale de ce que les gens font dans les salamandres et les poissons sortent par la fenêtre. »

Regarder sur la route

Les nerfs n’étant pas nécessaires à la régénération chez les mammifères peuvent sembler être un point académique. Après tout, à quoi servirait de régénérer un membre si la personne ne pouvait pas le sentir ou le contrôler parce qu’il n’avait pas de nerfs. En ce sens, les nerfs vont toujours être une partie importante du puzzle.

Du point de vue de Muneoka, le changement est qu’au lieu de considérer les nerfs comme une exigence de régénération, les nerfs font partie de ce qui doit être régénéré.

Larry Suva, chef du département de physiologie et pharmacologie vétérinaires (VTPP) du CVMBS, explique que le problème est que personne ne pensait même à l’aspect de la charge auparavant.

« Pensez à une blessure par explosion où un soldat se retrouve avec un moignon », a déclaré Suva. « Personne, jusqu’à la parution de cet article, ne pensait même à une exigence d’influences mécaniques. Vous avez vu des gens qu’un animal dénervé ne se régénère pas et ils pensent que c’est parce que le nerf a été coupé, mais personne n’étudiait la mécanique. aspect charge. »

Comme le dit Suva, la science est pleine de gens qui cherchent là où la lumière est la meilleure.

« Je travaille sur les os, donc quand je vois un problème, je regarde le problème osseux », a-t-il déclaré. « Les gens qui travaillent sur les nerfs, tout ce qu’ils regardent, ce sont les nerfs. Il est donc très rare que quelqu’un comme le Dr Muneoka prenne du recul et adopte une vision plus holistique.

« C’est ce qu’il a apporté à cette idée, à ces données vieilles de 200 ans », a déclaré Suva. « Nous devons maintenant examiner la régénération sous un angle différent car nous savons maintenant que les influences mécaniques sont extrêmement importantes. »

L’un des résultats de la recherche axée sur les nerfs est que les scientifiques ont pu recréer les facteurs de croissance produits par les nerfs, ce qui a permis aux chercheurs de commencer la régénération des salamandres, même si les nerfs ne sont pas présents. Suva a déclaré qu’avec ces nouvelles découvertes, les scientifiques sauront désormais qu’ils doivent faire de même avec l’aspect de la charge mécanique s’ils veulent commencer la régénération chez les mammifères.

« Les scientifiques ont déjà réussi à tromper le corps en lui faisant croire que les nerfs sont toujours présents », a-t-il déclaré. « Mais maintenant, ils savent qu’ils devront aussi leur faire croire qu’il y a une charge mécanique, quelque chose qui n’a jamais été fait auparavant. »

Parce que les cellules réagissent différemment sous une charge mécanique, d’une manière ou d’une autre, cette charge est traduite biochimiquement à l’intérieur de la cellule.

« Il y a un petit nombre de laboratoires qui étudient la base biochimique de ce que la charge mécanique fait à une cellule », a déclaré Muneoka. « Si nous pouvions comprendre ce signal biochimique, alors peut-être que la force physique de la charge mécanique pourrait être remplacée par une sorte de cocktail de molécules qui créeront les mêmes signaux dans les cellules. »

La fin de la route vers la régénération humaine complète est peut-être encore loin dans le futur, mais Suva dit que ce type de changement fondamental dans la pensée est un marqueur majeur sur cette route.

« La régénération d’un membre humain est peut-être encore de la science-fiction, mais nous connaissons certains faits à ce sujet, et maintenant nous savons que vous devez avoir cette charge mécanique avec les facteurs de croissance », a-t-il déclaré. « Cela change la façon dont les futurs scientifiques et ingénieurs vont résoudre ce problème.

« Il reste encore un certain nombre de problèmes complexes à résoudre avant que la régénération de membres humains entiers ne soit possible, mais les découvertes du Dr Muneoka sont une prochaine étape importante pour s’assurer que nous résolvons les bons problèmes. »