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Des chercheurs de l'Université Duke ont capturé des vidéos accélérées de plusieurs jours de jeunes cellules neurales se déplaçant et se développant au sein d'une nouvelle structure biocompatible synthétique 3D. En observant littéralement comment les cellules réagissent aux signaux biochimiques naturels intégrés dans le matériau, les ingénieurs biomédicaux espèrent développer des biogels capables de réparer et de faire repousser le tissu cérébral après un accident vasculaire cérébral ou un autre traumatisme.

Les résultats paraissent en ligne le 22 juin dans la revue Advanced Materials.

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Regardez les cellules neuronales primordiales danser, se développer et même déplacer des échafaudages 3D conçus pour guérir les lésions cérébrales causées par un accident vasculaire cérébral et d'autres traumatismes. Décorer l’échafaudage avec divers nutriments et signaux biochimiques permet aux chercheurs de contrôler les types de tissus cérébraux qu’ils deviennent. Crédit : Katrina Wilson et Ken Kingery, Duke University.

Réparer et régénérer le tissu cérébral est une tâche difficile. Laissé à lui-même, le cerveau ne régénère pas les synapses, vaisseaux sanguins ou autres structures perdus après une blessure, comme un accident vasculaire cérébral. Le tissu cérébral mort est plutôt absorbé, laissant derrière lui une cavité dépourvue de tout élément reconnaissable comme tissu cérébral sain.

Mais cela n’a pas empêché les chercheurs d’essayer de régénérer les cerveaux endommagés. Une approche couramment utilisée par les ingénieurs biomédicaux consiste à fournir un nouveau milieu dans lequel les divers morceaux de tissu cérébral peuvent se déplacer, chargé de divers nutriments et instructions biologiques pour favoriser la croissance.

Alors que les scientifiques dans le domaine recherchaient historiquement un biomatériau gélatineux homogène pour soutenir la repousse neurale, Tatiana Segura, professeur de génie biomédical à l’Université Duke, a développé une approche différente. Son biomatériau, conçu pour encourager tous les types de guérison et de croissance, est constitué de millions de minuscules sphères gélatineuses regroupées pour former un échafaudage stable.

"La plupart des autres laboratoires utilisent des hydrogels non poreux qui ressemblent à un énorme morceau de Jell-O, et les cellules doivent le ronger avant de pouvoir déposer du matériel pour repousser", a déclaré Segura. "Les nôtres ressemblent davantage à des oranges molles emballées dans une boîte, qui fournit un certain nombre de poches et d'espaces vides dans lesquels les cellules peuvent se déplacer et se développer."

L’approche de la boîte d’oranges – appelée échafaudages à particules recuites microporeuses (MAP) – s’est révélée prometteuse dans un grand nombre de tissus tels que la peau et les os. Et en 2018, il a été démontré qu’il réduisait l’inflammation et favorisait la migration des cellules progénitrices neurales (NPC) dans la lésion de l’AVC.

Cette observation a conduit Katrina Wilson, doctorante au laboratoire de Segura, à concevoir des échafaudages MAP pour guider davantage la manière dont ces cellules progénitrices se différencient. Pas aussi immatures et adroits que les cellules souches, les progéniteurs neuraux sont toujours capables de devenir la plupart, sinon la totalité, des types de cellules présentes dans le cerveau. Être capable de leur dire où aller et quoi devenir serait une aubaine pour développer des traitements de guérison cérébrale.

Dans le corps humain, les cellules souches et les cellules progénitrices répondent aux signaux biologiques provenant de diverses structures et protéines trouvées autour d’elles. Une source d’instruction provient des protéines laminines qui constituent l’échafaudage biologique du corps appelé matrice extracellulaire.

Dans le nouvel article, Wilson a intégré différentes combinaisons de parties de ces protéines appelées peptides dans son échafaudage synthétique MAP, puis a observé ce qui se passait – littéralement. Elle a créé des vidéos accélérées sur plusieurs jours qui montrent comment les cellules progénitrices réagissent à l'échafaudage MAP peint par des peptides.

"Nous avons vu les cellules s'attacher à l'échafaudage au fil du temps et le déplacer physiquement", a déclaré Segura. « Nous avions l’habitude de le considérer comme une simple salle de sport dans la jungle avec des enfants qui jouaient dessus. Mais ce n’est pas ce que nous avons vu : les cellules exercent des forces physiques sur l’échafaudage qui sont suffisantes pour le faire bouger.