Les cellules nerveuses sont en train d'être restaurées

2024 Auteur: Seth Attwood | [email protected]. Dernière modifié: 2023-12-16 16:04

L'expression populaire "Les cellules nerveuses ne récupèrent pas" est perçue par tout le monde depuis l'enfance comme une vérité immuable. Cependant, cet axiome n'est rien de plus qu'un mythe, et de nouvelles données scientifiques le réfutent.

La nature offre au cerveau en développement une marge de sécurité très élevée: au cours de l'embryogenèse, un grand excès de neurones se forme. Près de 70 % d'entre eux meurent avant la naissance d'un enfant. Le cerveau humain continue de perdre des neurones après la naissance, tout au long de la vie. Cette mort cellulaire est génétiquement programmée. Bien sûr, non seulement les neurones meurent, mais aussi d'autres cellules du corps. Seuls tous les autres tissus ont une capacité de régénération élevée, c'est-à-dire que leurs cellules se divisent en remplaçant les morts.

Le processus de régénération est le plus actif dans les cellules de l'épithélium et des organes hématopoïétiques (moelle osseuse rouge). Mais il existe des cellules dans lesquelles les gènes responsables de la reproduction par division sont bloqués. En plus des neurones, ces cellules comprennent les cellules du muscle cardiaque. Comment les gens parviennent-ils à conserver l'intelligence jusqu'à un âge très avancé, si les cellules nerveuses meurent et ne se renouvellent pas ?

Une des explications possibles: tous les neurones ne "travaillent" pas simultanément dans le système nerveux, mais seulement 10 % des neurones. Ce fait est souvent cité dans la littérature populaire et même scientifique. J'ai eu à plusieurs reprises à discuter de cette déclaration avec mes collègues nationaux et étrangers. Et aucun d'eux ne comprend d'où vient ce chiffre. Toute cellule vit et "fonctionne" en même temps. Dans chaque neurone, des processus métaboliques ont lieu tout le temps, des protéines sont synthétisées, des impulsions nerveuses sont générées et transmises. Partant donc de l'hypothèse des neurones « au repos », intéressons-nous à l'une des propriétés du système nerveux, à savoir à son exceptionnelle plasticité.

Le sens de la plasticité est que les fonctions des cellules nerveuses mortes sont prises en charge par leurs "collègues" survivants, qui augmentent en taille et forment de nouvelles connexions, compensant les fonctions perdues. L'efficacité élevée mais non infinie d'une telle compensation peut être illustrée par l'exemple de la maladie de Parkinson, dans laquelle il y a une mort progressive des neurones. Il s'avère que jusqu'à ce qu'environ 90% des neurones du cerveau meurent, les symptômes cliniques de la maladie (tremblements des membres, limitation de la mobilité, démarche instable, démence) n'apparaissent pas, c'est-à-dire que la personne semble pratiquement en bonne santé. Cela signifie qu'une cellule nerveuse vivante peut remplacer neuf morts.

Mais la plasticité du système nerveux n'est pas le seul mécanisme qui permette de conserver l'intelligence jusqu'à un âge avancé. La nature a également une solution de repli: l'émergence de nouvelles cellules nerveuses dans le cerveau des mammifères adultes, ou neurogenèse.

Le premier rapport sur la neurogenèse est paru en 1962 dans la prestigieuse revue scientifique Science. L'article était intitulé « De nouveaux neurones se forment-ils dans le cerveau des mammifères adultes ? Son auteur, le professeur Joseph Altman de l'Université Purdue (USA), à l'aide d'un courant électrique, a détruit une des structures du cerveau du rat (le corps genouillé latéral) et y a injecté une substance radioactive qui pénètre dans les cellules nouvellement émergentes. Quelques mois plus tard, le scientifique a découvert de nouveaux neurones radioactifs dans le thalamus (partie du cerveau antérieur) et le cortex cérébral. Au cours des sept années suivantes, Altman a publié plusieurs autres études prouvant l'existence de la neurogenèse dans le cerveau des mammifères adultes. Cependant, alors, dans les années 1960, ses travaux n'ont suscité que le scepticisme des neuroscientifiques, leur développement n'a pas suivi.

Et seulement vingt ans plus tard, la neurogenèse a été « redécouverte », mais déjà dans le cerveau des oiseaux. De nombreux chercheurs sur les oiseaux chanteurs ont remarqué qu'à chaque saison d'accouplement, le canari mâle Serinus canaria chante une chanson avec de nouveaux « genoux ». De plus, il n'adopte pas de nouveaux trilles de ses camarades, puisque les chansons ont été mises à jour même de manière isolée. Les scientifiques ont commencé à étudier en détail le principal centre vocal des oiseaux, situé dans une section spéciale du cerveau, et ont découvert qu'à la fin de la saison des amours (chez les canaris, cela se produit en août et en janvier), une partie importante des neurones de le centre vocal est mort, probablement en raison d'une charge fonctionnelle excessive … Au milieu des années 1980, le professeur Fernando Notteboom de l'Université Rockefeller (États-Unis) a pu montrer que chez les canaris mâles adultes, le processus de neurogenèse se produit constamment dans le centre vocal, mais le nombre de neurones formés est soumis à des fluctuations saisonnières. Le pic de neurogenèse chez les canaris se produit en octobre et mars, c'est-à-dire deux mois après la saison des amours. C'est pourquoi la « bibliothèque musicale » des chansons du canari mâle est régulièrement mise à jour.

À la fin des années 1980, la neurogenèse a également été découverte chez des amphibiens adultes dans le laboratoire du scientifique de Leningrad, le professeur A. L. Polenov.

D'où viennent les nouveaux neurones si les cellules nerveuses ne se divisent pas ? La source de nouveaux neurones chez les oiseaux et les amphibiens s'est avérée être des cellules souches neuronales de la paroi des ventricules du cerveau. Lors du développement de l'embryon, c'est à partir de ces cellules que se forment les cellules du système nerveux: les neurones et les cellules gliales. Mais toutes les cellules souches ne se transforment pas en cellules du système nerveux - certaines d'entre elles "se cachent" et attendent dans les coulisses.

Il a été démontré que de nouveaux neurones naissent des cellules souches de l'organisme adulte et des vertébrés inférieurs. Cependant, il a fallu près de quinze ans pour prouver qu'un processus similaire se produit dans le système nerveux des mammifères.

Les progrès des neurosciences au début des années 1990 ont conduit à la découverte de neurones « nouveau-nés » dans le cerveau de rats et de souris adultes. Ils ont été trouvés principalement dans les parties évolutives anciennes du cerveau: les bulbes olfactifs et le cortex hippocampique, qui sont principalement responsables du comportement émotionnel, de la réponse au stress et de la régulation des fonctions sexuelles des mammifères.

Tout comme chez les oiseaux et les vertébrés inférieurs, chez les mammifères, les cellules souches neuronales sont situées près des ventricules latéraux du cerveau. Leur transformation en neurones est très intense. Chez les rats adultes, environ 250 000 neurones sont formés à partir de cellules souches par mois, remplaçant 3 % de tous les neurones de l'hippocampe. La durée de vie de ces neurones est très élevée - jusqu'à 112 jours. Les cellules souches neuronales parcourent un long chemin (environ 2 cm). Ils sont également capables de migrer vers le bulbe olfactif, s'y transformant en neurones.

Les bulbes olfactifs du cerveau des mammifères sont responsables de la perception et du traitement primaire de diverses odeurs, y compris la reconnaissance des phéromones - des substances qui, dans leur composition chimique, sont proches des hormones sexuelles. Le comportement sexuel chez les rongeurs est principalement régulé par la production de phéromones. L'hippocampe est situé sous les hémisphères cérébraux. Les fonctions de cette structure complexe sont associées à la formation de la mémoire à court terme, à la réalisation de certaines émotions et à la participation à la formation du comportement sexuel. La présence d'une neurogenèse constante dans le bulbe olfactif et l'hippocampe chez le rat s'explique par le fait que chez les rongeurs, ces structures portent la charge fonctionnelle principale. Par conséquent, les cellules nerveuses qu'elles contiennent meurent souvent, ce qui signifie qu'elles doivent être renouvelées.

Afin de comprendre quelles conditions influencent la neurogenèse dans l'hippocampe et le bulbe olfactif, le professeur Gage de l'Université de Salk (États-Unis) a construit une ville miniature. Les souris y jouaient, faisaient de l'éducation physique, cherchaient des sorties des labyrinthes. Il s'est avéré que chez les souris "urbaines", de nouveaux neurones sont apparus en beaucoup plus grand nombre que chez leurs parents passifs, embourbés dans une vie routinière dans un vivarium.

Les cellules souches peuvent être retirées du cerveau et transplantées dans une autre partie du système nerveux, où elles deviennent des neurones. Le professeur Gage et ses collègues ont mené plusieurs expériences similaires, dont la plus impressionnante était la suivante. Une section de tissu cérébral contenant des cellules souches a été transplantée dans la rétine détruite d'un œil de rat. (La paroi interne de l'œil sensible à la lumière a une origine "nerveuse": elle est constituée de neurones modifiés - bâtonnets et cônes. Lorsque la couche sensible à la lumière est détruite, la cécité s'installe.) Les cellules souches du cerveau transplantées se sont transformées en neurones rétiniens, leurs processus ont atteint le nerf optique, et le rat a retrouvé la vue ! De plus, lors de la transplantation de cellules souches cérébrales dans un œil intact, aucune transformation n'a eu lieu avec elles. Probablement, lorsque la rétine est endommagée, certaines substances sont produites (par exemple, les soi-disant facteurs de croissance) qui stimulent la neurogenèse. Cependant, le mécanisme exact de ce phénomène n'est toujours pas clair.

Les scientifiques ont été confrontés à la tâche de montrer que la neurogenèse se produit non seulement chez les rongeurs, mais aussi chez les humains. À cette fin, des chercheurs sous la direction du professeur Gage ont récemment effectué des travaux sensationnels. Dans l'une des cliniques oncologiques américaines, un groupe de patients atteints de tumeurs malignes incurables a pris le médicament chimiothérapeutique bromodioxyuridine. Cette substance a une propriété importante - la capacité de s'accumuler dans les cellules en division de divers organes et tissus. La bromodioxyuridine est incorporée dans l'ADN de la cellule mère et est stockée dans les cellules filles après la division des cellules mères. La recherche pathologique a montré que les neurones contenant de la bromodioxyuridine se trouvent dans presque toutes les parties du cerveau, y compris le cortex cérébral. Ces neurones étaient donc de nouvelles cellules issues de la division des cellules souches. La découverte a confirmé inconditionnellement que le processus de neurogenèse se produit également chez les adultes. Mais si chez les rongeurs la neurogenèse ne se produit que dans l'hippocampe, alors chez l'homme, il est probable qu'elle puisse capturer des zones plus étendues du cerveau, y compris le cortex cérébral. Des études récentes ont montré que de nouveaux neurones dans le cerveau adulte peuvent être formés non seulement à partir de cellules souches neuronales, mais aussi à partir de cellules souches sanguines. La découverte de ce phénomène a provoqué l'euphorie dans le monde scientifique. Cependant, la publication dans la revue "Nature" en octobre 2003 a refroidi les esprits enthousiastes à bien des égards. Il s'est avéré que les cellules souches sanguines pénètrent effectivement dans le cerveau, mais elles ne se transforment pas en neurones, mais fusionnent avec eux, formant des cellules binucléées. Ensuite, le "vieux" noyau du neurone est détruit, et il est remplacé par le "nouveau" noyau de la cellule souche du sang. Dans le corps du rat, les cellules souches sanguines fusionnent principalement avec les cellules géantes du cervelet - les cellules de Purkinje, bien que cela se produise assez rarement: seules quelques cellules fusionnées peuvent être trouvées dans l'ensemble du cervelet. Une fusion plus intense des neurones se produit dans le foie et le muscle cardiaque. La signification physiologique de ceci n'est pas encore claire. L'une des hypothèses est que les cellules souches sanguines emportent avec elles un nouveau matériel génétique qui, en pénétrant dans la "vieille" cellule cérébelleuse, prolonge sa durée de vie.

Ainsi, de nouveaux neurones peuvent naître des cellules souches, même dans le cerveau adulte. Ce phénomène est déjà largement utilisé pour traiter diverses maladies neurodégénératives (maladies accompagnées de la mort de neurones dans le cerveau). Les préparations de cellules souches pour la transplantation sont obtenues de deux manières. Le premier est l'utilisation de cellules souches neuronales, qui, chez l'embryon comme chez l'adulte, sont situées autour des ventricules du cerveau. La deuxième approche est l'utilisation de cellules souches embryonnaires. Ces cellules sont situées dans la masse cellulaire interne à un stade précoce de la formation de l'embryon. Ils sont capables de se transformer en presque toutes les cellules du corps. Le plus grand défi de travailler avec des cellules embryonnaires est de les transformer en neurones. Les nouvelles technologies permettent de le faire.

Certains hôpitaux aux États-Unis ont déjà constitué des « bibliothèques » de cellules souches neuronales obtenues à partir de tissus embryonnaires et sont en cours de transplantation chez des patients. Les premières tentatives de transplantation donnent des résultats positifs, même si aujourd'hui les médecins ne peuvent résoudre le problème principal de telles transplantations: la multiplication galopante des cellules souches dans 30 à 40 % des cas conduit à la formation de tumeurs malignes. Aucune approche n'a encore été trouvée pour empêcher cet effet secondaire. Mais malgré cela, la greffe de cellules souches sera sans aucun doute l'une des principales approches dans le traitement des maladies neurodégénératives telles que la maladie d'Alzheimer et la maladie de Parkinson, qui sont devenues le fléau des pays développés.