Des nanotubes de carbone pour recoudre les blessures de la colonne vertébrale

Les matériaux en nanotubes de carbone peuvent aider à reconnecter les neurones endommagés lors de lésions de la colonne vertébrale : une collaboration internationale de chercheurs de l’École internationale des hautes études (Italie) et du Centro de Investigación Cooperativa en Biomateriales CIC biomaGUNE (Espagne) a réussi à le démontrer pour la première fois dans des modèles animaux in vivo, après des années d’étude en cultures cellulaires. Les résultats de la recherche, publiés sur PNAS, constituent une avancée importante pour les études sur la régénération des cellules nerveuses.

Les nanotechnologies, de grands espoirs. Depuis un certain temps déjà, les deux groupes de recherche coordonnés par Maurizio Prato (CIC biomaGUNE) et Laura Ballerini (SISSA) étudient la possibilité d’exploiter des biomatériaux basés sur les nanotubes de carbone pour faciliter la communication entre les neurones et promouvoir la croissance neuronale là où les connexions entre les cellules nerveuses ont été interrompues, par exemple à la suite d’un traumatisme ou d’une blessure.

Les nanotubes de carbone représentent le matériau le plus prometteur pour construire des ponts artificiels entre des neurones endommagés, car ils ont deux fonctions fondamentales : ils peuvent servir d’échafaudage « mécanique » pour les cellules nerveuses, mais aussi améliorer leurs signaux de communication, en favorisant la maturation de nouvelles cellules nerveuses et en régulant la formation des synapses. Pour ces raisons, on pense qu’ils ont un grand potentiel dans le traitement des blessures de la colonne vertébrale, le traumatisme de la colonne vertébrale qui peut causer une perte de contrôle et de sensibilité des muscles.

Une charnière efficace

L’équipe de chercheurs avait déjà démontré les effets de l’interaction entre les nanotubes de carbone et les neurones in vitro, lors d’expériences sur des cultures cellulaires, mais jusqu’à présent, il n’était pas clair si ces avantages s’appliquaient également aux fibres neuronales complètes d’animaux vivants.

Dans cette nouvelle étude, l’équipe a pu démontrer l’efficacité d’une sorte d’éponge de nanotubes de carbone entrelacés pour reconnecter les fibres nerveuses chez une série d’animaux ayant subi des lésions de la colonne vertébrale. Dans la zone endommagée de la colonne vertébrale, l’implant a permis aux neurones de se reconnecter « et les animaux ont retrouvé des fonctions, en particulier dans les membres inférieurs, les plus touchés par la blessure », explique Pedro Ramos du CIC biomaGUNE, parmi les auteurs. Le matériau est également biocompatible et n’a entraîné aucune réaction immunitaire indésirable chez les animaux.

Les questions encore ouvertes

Selon M. Ramos, l’expérience représente « un espoir de nouveaux progrès pour une meilleure guérison de ce type de lésions de la colonne vertébrale, de lésions du nerf optique ou même de certaines blessures traumatiques avec perte de connexions neurales et affectant la mobilité d’un membre », bien que, souligne-t-il, « cela ne signifie pas que nous pourrons réparer les lésions de la colonne vertébrale en un ou deux ans. Nous sommes loin de pouvoir transférer tout cela à l’homme, même si nous travaillons dans la bonne direction ».

L’étude décrite s’est déroulée dans des conditions de laboratoire strictement contrôlées, et il faudra maintenant comprendre comment prévenir les éventuels effets secondaires liés aux propriétés physiques du matériau (telles que l’élasticité ou la compacité), et dans quelle mesure les conditions dans lesquelles l’implant se produit ou fonctionne affectent le résultat final. Il faudra également s’assurer que les caractéristiques de l’éponge et des substances qu’elle contient et qui facilitent la communication neurale sont aussi stables et reproductibles que possible.

Un autre point à clarifier concerne le rôle de la plasticité neurale dans la réparation de la lésion, c’est-à-dire si « les mêmes connexions qui existaient avant la lésion sont restaurées ou si de nouvelles connexions qui n’existaient pas avant sont établies, car le système nerveux cherche une autre façon de se reconnecter en s’adaptant à la nouvelle situation ».

Il faudra surtout déterminer dans quelles conditions de tels implants peuvent être réalisés : dans l’étude, l’intégration dans des nanotubes de carbone a été incluse dans la phase de lésion aiguë avant que le tissu cicatriciel (la cicatrice dite gliale, formée par les cellules gliales, les cellules immunitaires du système nerveux) ne se forme sur les neurones morts ou endommagés.

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