Un bioréacteur expérimental aide à la repousse des membres perdus de cette grenouille

Cet article appartient à une petite sélection de l’activité scientifique publiée la semaine dernière, cette dernière fut consacrée à l’appel aux dons du Guru qui n’est pas terminé (l’appel aux dons bien sûr… ).

Une équipe de chercheurs de l’université Tufts (Massachusetts/ États-Unis) a réussi à  » amorcer » une régénération tissulaire partielle chez des grenouilles africaines Xénope lisse (Xenopus laevis) grâce à l’utilisation d’un bioréacteur et de techniques électroceutiques (ou Bioélectronique : stimulation électrique des cellules).

Image d’entête : une grenouille Xénope lisse utilisée dans les expériences. (Celia Herrera-Rincon / Université Tufts)

Selon Michael Levin, biologiste du développement au Allen Discovery Center de l’université Tufts :

Au mieux, les grenouilles adultes ne repoussent normalement qu’une pointe cartilagineuse mince et sans caractéristiques.

Notre procédure a induit une réponse régénératrice qu’elles n’ont normalement jamais eue, ce qui a abouti à des appendices plus grands et plus structurés. Le bioréacteur a déclenché des résultats très complexes en aval que les bioingénieurs ne peuvent pas encore gérer directement.

Les scientifiques ont divisé les modèles de grenouilles en 3 groupes, un groupe expérimental, un groupe témoin et un groupe  » factice « . Chaque animal a été amputé d’un de ses membres postérieurs pour les tests. Ensuite, ils ont imprimé en 3D un « bioréacteur portable » en silicium et l’ont rempli d’hydrogel (un mélange d’eau et de polymères semblable à un tissu). Cet hydrogel a été mélangé à certaines protéines de soie qui ont fourni un « environnement pro-régénératif » et un « remodelage osseux amélioré », selon les chercheurs.

Vint ensuite le test proprement dit : les grenouilles des groupes expérimentaux et factices ont reçu le bioréacteur (qui a été suturé) immédiatement après la procédure d’amputation. La différence entre les deux est que l’hydrogel pour le groupe expérimental a été mélangé avec de la progestérone, c’est une hormone qui prépare l’organisme à la grossesse, mais il a également été démontré qu’elle favorise la réparation des tissus, des nerfs aux os. Le groupe témoin n’a reçu aucun traitement. Vingt-quatre heures plus tard, les appareils ont été retirés.

Les observations effectuées à différents moments au cours des 9 mois et demi suivants montrent que le bioréacteur a induit dans le groupe expérimental un degré de régénération sans équivalent avec les deux autres groupes. Au lieu de la structure typique en forme de pointe, les grenouilles traitées avec le combo bioréacteur-progestérone ont retrouvé une structure en forme de nageoire, plus proche d’un membre complètement formé que ce que les processus de régénération sans aide ont créé.

La blessure d’un membre d’une grenouille adulte entraîne généralement la formation d’un  » épi cartilagineux  » (à gauche). Cependant, le traitement à la progestérone à l’aide d’un hydrogel de soie pendant 24 heures a conduit à la formation d’une structure en forme de nageoire (à droite). (Celia Herrera-Rincon)

Selon Levin :

Le bioréacteur a créé un environnement favorable à la plaie où les tissus pouvaient se développer comme ils l’ont fait pendant l’embryogenèse. Une très brève application du bioréacteur et de sa charge utile a déclenché des mois de croissance tissulaire.

Les structures régénérées des groupes expérimentaux étaient plus épaisses, avaient des os, des nerfs et des vaisseaux sanguins mieux développés. Les images vidéo des grenouilles dans leurs réservoirs ont également montré qu’elles pouvaient nager davantage comme des grenouilles non-amputées, ajoute l’équipe. Les cicatrices et les réponses immunitaires ont également été atténuées chez les grenouilles traitées au bioréacteur, ce qui laissait entendre que la progestérone a limité la réaction naturelle du corps aux blessures, d’une manière qui favorisait le processus de régénération.

Alors, pourquoi précisément cet appareil a-t-il fonctionné ? Des tests génétiques effectués par l’équipe ont montré que le couple bioréacteur-progestérone modifiait l’expression génique dans les cellules sur le site de l’amputation. Les gènes impliqués dans le stress oxydatif, la signalisation sérotoninergique et l’activité des globules blancs étaient bien régulés, tandis que certains autres gènes liés à la signalisation étaient mal régulés.

Selon Celia Herrera-Rincon, neuroscientifique au laboratoire de Levin à l’université Tufts, premier auteur de l’étude :

Les actions de la progestérone sur la reproduction et son rôle récemment découvert dans le fonctionnement du cerveau, sont locales ou spécifiques des tissus.

Ce que nous démontrons avec cette approche, c’est que la reproduction, le traitement du cerveau et la régénération sont peut-être plus proches que nous ne le pensons. Peut-être qu’ils partagent des chemins et des éléments d’un code bioélectrique commun et jusqu’à présent, pas encore bien compris.

L’équipe prévoit d’étendre ses recherches sur les mammifères. De précédents travaux de recherche ont laissé entendre que les souris peuvent régénérer partiellement leurs tissus (comme des bouts de doigts amputés) dans de bonnes conditions. La vie sur terre, cependant, entrave ce processus.

M. Levin ajoute :

Presque tous les bons régénérateurs sont aquatiques. Une souris qui perd un doigt ou une main, puis broie les délicates cellules régénératrices dans le revêtement du sol au fur et à mesure qu’elle se déplace, a peu de chances de connaître une régénération importante des membres.

Croisons les doigts pour que l’équipe trouve une solution élégante et efficace à ce problème. Il se peut, après tout, que ce soit un de nos membres que nous cherchions à faire, un jour, repousser.

Mais il y a beaucoup de travail à faire d’ici là. M. Levin indique que la prochaine étape consiste à ajouter des capteurs à l’appareil pour une surveillance à distance et une stimulation optogénétique, ce qui devrait donner à l’équipe un certain contrôle sur la façon dont les tissus se régénèrent dans le bioréacteur. Ils prévoient également de poursuivre leurs travaux sur les procédés bioélectriques dans l’espoir d’induire efficacement la régénération de la moelle épinière, et sur les vertus de cette approche pour la reprogrammation de tumeurs.

L’étude publiée dans Cell Reports : Brief Local Application of Progesterone via a Wearable Bioreactor Induces Long-Term Regenerative Response in Adult Xenopus Hindlimb et présentée sur le site de l’université Tufts : Regeneration science takes a leap forward.