Histoire de la recherche sur les lésions de la moelle épinière

De l’Égypte ancienne à nos jours : recherche sur les lésions de la moelle épinière

Dans la majeure partie de l’histoire scientifique et médicale, les lésions de la moelle épinière et la paralysie ont été considérées comme étant irréversibles et impossibles à traiter. Dès l’Égypte antique, les médecins croyaient qu’ils ne pouvaient rien faire pour aider la personne atteinte de lésions de la colonne vertébrale. Même si notre compréhension du système nerveux et de sa fonction s’est approfondie au fil des ans, on continuait à croire que les nerfs du système nerveux central (SNC, c’est-à-dire le cerveau et la moelle épinière) ne pouvaient tout simplement pas repousser une fois lésés.

Ce n’est qu’au cours des 35 dernières années que l’on s’est complètement débarrassé de cette croyance. On sait depuis longtemps que les nerfs périphériques endommagés, ceux du corps, sont capables de se régénérer et peuvent être restaurés pour retrouver leur pleine fonction. Les scientifiques ont voulu savoir ce qui faisait la particularité de l’environnement nerveux périphérique.

Dans les années 1980, des expériences sur des rats ont montré que les cellules du système nerveux central pouvaient imiter le système nerveux périphérique (PNS) pour faire repousser leurs fibres nerveuses, ou axones, en laboratoire.

Pourquoi ? En partie parce que l’environnement du système nerveux périphérique fournit certains nutriments dont les axones du système nerveux central sont friands, et en partie parce que l’environnement du système nerveux central contient des molécules qui sont activement hostiles à la réparation nerveuse.

Les chercheurs ont commencé à identifier les conditions moléculaires exactes qui encouragent les axones à se régénérer dans un corps vivant. Ils ont également découvert les facteurs qui empêchent les axones du système nerveux central de repousser. À la fin des années 1980, le premier de ces obstacles a été identifié : de puissantes protéines bloquent la régénération produite par la myéline (gaine des nerfs qui enveloppe les nerfs du système nerveux centra)l. En éliminant les protéines bloquantes, les axones ont pu se développer de manière assez robuste.

Cette découverte a insufflé un nouvel élan à un domaine qui avait été jugé sans avenir et a inauguré une nouvelle ère de recherche dans l’ensemble du domaine de la biologie de la moelle épinière.

Neuroprotection

Dans les années 1990 : Les scientifiques ont appris que le traumatisme de la moelle épinière se produit sous la forme d’une longue cascade de lésions.

Il y a d’abord l’impact qui lèse le cordon et est suivi d’une série de lésions cellulaires liées à l’inflammation et au dérèglement chimique dans la zone de la lésion. En 1990, un médicament, un stéroïde, a été approuvé pour une lésion aiguë de la moelle épinière. Aujourd’hui : Grâce à une bien meilleure compréhension de l’environnement moléculaire après une lésion, y compris de nouvelles découvertes sur le rôle des cellules gliales, de la pression artérielle et de la réponse immunitaire, les travaux se poursuivent pour développer un traitement aigu qui soit efficace en cas de traumatismes de la moelle épinière.

De nombreux essais cliniques sont en cours pour tester des médicaments, pour tester une thérapie par le froid ou des thérapies cellulaires dont il a été démontré qu’elles minimisent les lésions nerveuses et préservent la fonction dans des études sur les animaux.

Favoriser la croissance des axones

Dans les années 1990 : Les scientifiques ont commencé à traiter les traumatismes nerveux avec des substances qui favorisaient directement la croissance des axones ou bloquaient les molécules qui empêchent la croissance des neurones. Ces stratégies ont permis de raviver des neurones individuels lésés et, chez les animaux, elles ont également conduit à une récupération partielle de la fonction de la moelle épinière.

Aujourd’hui : Les scientifiques continuent de modifier l’environnement du système nerveux central pour le rendre plus hospitalier pour les neurones en croissance. Un certain nombre de molécules intrinsèques favorisant ou bloquant la croissance ont été identifiées, et par ailleurs un certain nombre d’autres molécules capables de promouvoir la croissance ont été identifiées et sont en phase de test.

Un nouveau domaine de recherche passionnant a montré que l’axone lésé lui-même est incapable de monter une réponse vigoureuse à une lésion. En comprenant les codes génétiques du corps liés au développement embryonnaire, les scientifiques ont été en mesure de faire redémarrer la réponse du corps aux lésions, orchestrant ainsi une croissance axonale sans précédent. Bien qu’il s’agisse d’un développement important, cette piste doit faire l’objet d’études plus poussées.

La simple régénérescence d’un axone endommagé ne suffit pas à restaurer la fonction des neurones. L’axone en croissance doit également être nourri et soutenu, puis connecté à une cible qui produit une fonction utile, et non de la douleur ou de la spasticité.

Améliorer la croissance compensatoire

Dans les années 1990 : Les scientifiques ont remarqué que les traitements conçus pour réparer les axones lésés aidaient également les neurones sains environnants à se développer et à soutenir les cellules en convalescence.

Aujourd’hui : Les chercheurs travaillent sur l’adaptation de ce processus pour reconstruire les réseaux neuronaux lésés mais aussi intacts, en particulier chez les personnes atteintes de lésions de la moelle épinière incomplètes – celles qui ont encore des nerfs non lésés qui pourraient être incités à prendre en charge la fonction des nerfs lésés.

Plasticité

Dans les années 1990 : Jusqu’au début du 21e siècle, la croyance de base était que le système nerveux est un ensemble unique de « fils » qui se sont formés pendant le développement et sont ensuite statiques tout au long de la vie.

Aujourd’hui : Les scientifiques savent maintenant que le cerveau n’est pas câblé une fois pour toute ; il crée en fait de nouvelles cellules nerveuses à l’âge adulte. De plus, il existe des moyens de manipuler ou d’améliorer la croissance neuronale. Une lésion entraîne une réorganisation nerveuse majeure pour s’adapter à la perturbation du signal. Les circuits de la moelle épinière sont « plastiques », c’est-à-dire qu’ils peuvent être entraînés à prendre en charge la fonction dans les zones lésées. Des thérapies simples telles que l’hypoxie intermittente ou l’exercice physique semblent favoriser la croissance de certains nerfs liés à la fonction motrice.

Les scientifiques étudient diverses thérapies médicamenteuses qui pourraient stimuler la neurogenèse et la plasticité. Il existe des preuves que la pleine conscience elle-même peut affecter la plasticité liée à la mémoire et à la cognition. Le recours à la stimulation électrique du cerveau ou de la moelle épinière afin d’améliorer la fonction motrice en augmentant la plasticité suscite un énorme engouement.

Pour l’heure, les circuits minuscules de la moelle épinière ne sont pas entièrement compris mais ils semblent prometteurs pour l’élaboration de thérapies plus précises qui favoriseront la réparation et la plasticité et qui seront adaptées aux besoins spécifiques des personnes atteintes de paralysie.

Cellules gliales

Dans les années 1990 : Les scientifiques commençaient alors tout juste à comprendre que les astrocytes et les oligodendrocytes ne sont pas juste des éléments passifs du système nerveux qui y prennent de la place sans avoir de rôle.

Aujourd’hui : Le rôle que ces cellules ont au sein du système nerveux continue d’être révélé. Les astrocytes sont maintenant connus pour jouer un rôle crucial en réponse aux lésions du système nerveux – dans le bon sens, en nourrissant les neurones, et en créant des cicatrices qui scellent les zones lésées.

Les oligodendrocytes sont la clé de la formation de la myéline laquelle isole les axones nerveux permettant aux signaux électrochimiques de se propager. La perte de myéline (également la caractéristique déterminante de la sclérose en plaques) semble pouvoir être traitée par le biais de thérapies cellulaires.

Prévention de la formation de cicatrices

Dans les années 1990 : Le tissu cicatriciel sur le site de la lésion de la moelle épinière agit à la fois comme un obstacle physique et chimique à la réparation. Dans les années 1990, les chercheurs ont montré que certains des signaux moléculaires bloquant la croissance étaient dus à du tissu cicatriciel et ont commencé à chercher des moyens de passer outre ces messagers inhibiteurs.

Aujourd’hui : Les chercheurs testent des enzymes qui dissolvent essentiellement la cicatrice et permettent aux nerfs de traverser sa barrière. Dans les études de laboratoire, les animaux ont retrouvé leur fonction après l’application de médicaments anti-cicatrice. Des essais sur l’homme sont prévus une fois que les détails techniques seront réglés.

Passerelles artificielles

Dans les années 1990 : Les axones ont besoin d’une base solide sur laquelle se développer. Seuls, ils sont incapables d’élargir l’espace physique à l’emplacement de la lésion de moelle épinière. Dans les années 1990, les chercheurs ont commencé à tester des matériaux techniques qui pourraient aider les neurones à dépasser ces fractures. Ils ont également constaté que certains types de cellules transplantées pouvaient combler le fossé. Les cellules de soutien transplantées, telles que les cellules de Schwann et la cellule gliale olfactive engainante (OEG), prélevées sur le corps d’un animal, ont montré un grand potentiel.

Aujourd’hui : Les chercheurs ont mis au point des échafaudages en polymère synthétique et des substances organiques (c’est-à-dire des fibrines de poisson) comme alternative aux cellules vivantes.

Ces « échafaudages » fournissent un support physique aux cellules en croissance, mais pourraient également être combinés avec des molécules favorisant la croissance, ou même des cellules souches, pour favoriser la récupération de la fonction.

Les chercheurs s’efforcent d’améliorer le succès de la transplantation de cellules spécifiques. Les expériences sur les animaux ont encouragé les essais cliniques. Les cellules de Schwann et les greffes OEG ont déjà fait l’objet d’essais chez l’homme, tout comme plusieurs types de cellules souches. Certains essais recrutent des personnes souffrant de lésions à long terme, ce qui est particulièrement encourageant.

Cellules souches

Dans les années 1990 : Les scientifiques ont appris à isoler les cellules souches humaines et ont commencé à transplanter ces cellules chez les animaux pour tenter de reconstruire les circuits neuronaux lésés. Ils espéraient que les cellules indifférenciées pourraient migrer là où elles étaient nécessaires et se transformer en types de cellules manquantes. La surmédiatisation a conduit le public a présenter les cellules souches comme « la solution miracle de la nature » qui pourrait résoudre n’importe quel problème du corps humain.

Malheureusement, de nombreuses personnes ont été attirées par des cliniques à l’étranger qui faisaient la promotion de la magie des cellules souches sans apporter de preuves scientifiques et cliniques suffisantes pour étayer leurs allégations.

Aujourd’hui : La grande promesse des cellules souches commence lentement à devenir réalité. Un certain nombre d’essais cliniques sont en cours pour tester ces cellules dans une variété d’affections, y compris les lésions de la moelle épinière – à la fois aiguës et chroniques.

Les scientifiques spécialistes des cellules souches ont découvert de nouvelles formes cellulaires, y compris les cellules pluripotentes induites (iPS), qui sont des cellules du corps (des cellules de la peau par exemple) qui peuvent être reprogrammées à un état plus primitif. Ces cellules pluripotentes induites se comportent comme des cellules souches indifférenciées, et ne posent pas les problèmes éthiques liés aux cellules embryonnaires.

Nouvelle conception de la rééducation

Dans les années 1990 : Le monde qui étudiait les lésions de la moelle épinière commençait tout juste à comprendre que la rééducation ne devait pas se résumer à offrir des dispositifs et des outils compensatoires. L’importance de la physiothérapie dans la rééducation des lésions de la moelle épinière a été établie, appuyée par des études animales et humaines qui ont montré que des routines de marche, répétitives et structurées pouvaient encourager la moelle épinière inférieure (sous la zone de la lésion) à « apprendre » à contrôler le mouvement sans l’intervention du cerveau.

Les scientifiques ont également constaté que les thérapies basées sur l’activité augmentaient la production par le corps de signaux moléculaires qui soutiennent la croissance des axones et la survie des neurones.

Aujourd’hui : L’exercice vigoureux fait maintenant partie de la rééducation standard. Les scientifiques ont compris que certaines formes d’activités correctement configurées réveillent les circuits nerveux dormants de la moelle épinière et peuvent déclencher un certain degré de fonction.

C’est la base de la récupération neurologique pour l’entraînement locomoteur – marcher avec une assistance sur un tapis roulant en mouvement. Pour aller plus loin, les chercheurs ont ajouté la stimulation de la moelle épinière à cette activité. Chez un petit nombre de patients, la stimulation de la moelle épinière a produit une récupération sans précédent de la fonction ; de plus, la stimulation produit des avantages résiduels dans le domaine cardiovasculaire, urinaire et sexuel. D’autres essais sur l’homme sont en cours.

Explorer la frontière génétique

Dans les années 1990 : Les scientifiques ont commencé à étudier la base génétique de la formation du cerveau et de la moelle épinière.

Aujourd’hui : Les chercheurs ont une meilleure compréhension de la biologie du développement et des gènes spécifiques qui composent les plans pour former notre système nerveux avant notre naissance.

Les scientifiques pensent maintenant qu’il est possible d’activer des cibles génétiques pour favoriser la croissance nerveuse chez un animal adulte. Grâce à des techniques sophistiquées de dépistage des micro-réseaux et à des données provenant de l’analyse du génome de la souris et de l’homme, nous avons maintenant une meilleure compréhension des codes génétiques du corps pour l’activité cellulaire et du comportement lié à la régénération axonale.

D’autres idées de recherche modernes qui n’existaient pas il y a 25 ans

« Polythérapies » : Il est probable qu’une seule thérapie ne permettra de guérir les lésions de la moelle épinière. Au contraire, une combinaison de thérapies, au fil du temps, peut être nécessaire.

Interface cerveau-machine : Au cours des dix dernières années, les bioingénieurs ont été en mesure d’exploiter les ondes cérébrales chez les animaux, y compris les humains, pour contrôler des appareils électroniques.

Par exemple, un singe rhésus, utilisant uniquement son esprit, a pu activer avec précision la main paralysée d’un autre primate. Une femme tétraplégique, n’utilisant que ses pensées, a piloté un simulateur d’avion de chasse. Un homme tétraplégique, dirigeant par la pensée un bras artificiel, a pu prendre un verre de bière et le boire. Ce domaine évolue très rapidement dans de nombreux laboratoires.

Nouveaux outils : Les scientifiques ont maintenant des moyens d’observer la fonction nerveuse chez les animaux vivants. De nouveaux outils, y compris l’optogénétique, peuvent allumer et éteindre des cellules individuelles à l’aide d’une source lumineuse. De nouvelles méthodes de manipulation voire d’édition des codes génétiques sont désormais disponibles.

Grandes bases de données : Le domaine des lésions de la moelle épinière est désormais pleinement engagé dans la bio-informatique. L’analyse de ce que l’on appelle les grandes bases de données permet aux chercheurs d’exploiter de grandes quantités de données de recherche, ainsi que des modèles et des détails à des niveaux qui n’étaient pas possibles auparavant. De plus, le domaine des lésions de la moelle épinière a fait de grands progrès vers la normalisation de la façon dont les expériences sont effectuées pour accélérer les découvertes et réduire la répétition.

Indicateurs : Pour tester l’effet d’une thérapie, les chercheurs ont mis au point des moyens très précis de mesurer de manière cohérente et précise tout changement de fonction. Ceux-ci incluent la série de tests pour les fonctions de la main et du doigt suite à un traitement dirigé sur la lésion cervicale. Des mesures appropriées et sensibles des résultats sont essentielles à la planification et à l’exécution des essais cliniques et, en fin de compte, à leur succès.