Les neurones sont les unités de base du cerveau et du système nerveux, les cellules qui reçoivent des informations sensorielles du monde extérieur, donnent des commandes motrices aux muscles et convertissent et transmettent des signaux électriques à chaque étape intermédiaire.
Les neurones, également connus sous le nom de cellules nerveuses, sont constitués de trois composants principaux : le corps cellulaire, les dendrites et l’axone, qui est une saillie longue et fine responsable de la communication avec les autres cellules.
Les neurones ont une capacité limitée à se rétablir par eux-mêmes lorsqu’ils sont blessés par une maladie ou une blessure dégénérative. La restauration des réseaux cérébraux et de la fonction normale est donc une tâche énorme en ingénierie tissulaire.
Prof. Orit Shefi et la doctorante Reut Plen de Université Bar-IlanLa faculté d’ingénierie de Kofkin a créé une stratégie révolutionnaire pour surmonter cet obstacle en utilisant la nanotechnologie et les manipulations magnétiques, l’une des stratégies les plus inventives pour créer des réseaux de neurones. Leurs découvertes ont récemment été publiées dans le Matériaux fonctionnels avancés journal.
Les scientifiques ont utilisé des nanoparticules d’oxyde de fer magnétique pour transformer des cellules progénitrices neurales en unités magnétiques autonomes afin de créer des réseaux neuronaux. Ils ont ensuite soumis les cellules progénitrices, qui sont connues pour devenir des neurones, à une série de champs magnétiques pré-ajustés et ont guidé à distance leur mouvement dans un substrat de collagène multicouche tridimensionnel qui reproduit les propriétés naturelles du tissu biologique.
Ils ont développé des « mini-cerveaux » tridimensionnels – des réseaux de neurones fonctionnels et multicouches qui reflètent les éléments présents dans le cerveau des mammifères – en utilisant des manipulations magnétiques.
Les cellules sont restées en place après la solidification de la solution de collagène en un gel, grâce aux champs magnétiques administrés à distance. Les cellules ont mûri en neurones matures en quelques jours, ont établi des extensions et des connexions, ont affiché une activité électrique et ont prospéré dans le gel de collagène pendant au moins 21 jours.
Cette méthode ouvre la voie à la création d’une architecture cellulaire 3D à une échelle personnalisée pour une utilisation dans des applications de bio-ingénierie, thérapeutiques et de recherche, à la fois à l’intérieur et à l’extérieur du corps. Étant donné que les réseaux de neurones 3D que nous avons créés simulent les propriétés innées des tissus cérébraux humains, ils peuvent être utilisés comme « mini-cerveaux » expérimentaux et servir de modèle pour l’étude des médicaments, pour étudier la communication entre les tissus et comme moyen de construire réseaux artificiels pour les interfaces entre les composants d’ingénierie et biologiques.
Reut Plen, doctorante, Université Bar-Ilan
“De plus, le modèle suggère une perspective intéressante pour injecter un tel gel, qui contient des cellules, à l’état liquide, l’introduire dans le système nerveux et organiser les cellules dans la bonne structure à l’aide de forces magnétiques. L’avantage d’utiliser cette méthode est que les champs magnétiques peuvent affecter les cellules situées profondément à l’intérieur du corps de manière non invasive.», a ajouté Plen.
L’introduction de particules magnétiques dans les cellules, en particulier les cellules nerveuses, soulève des inquiétudes quant à la sécurité des utilisations médicinales potentielles.
La question de la sécurité est importante et nous y avons consacré beaucoup de réflexion et de recherche. Dans un premier temps, nous avons testé l’effet de différentes particules sur la santé cellulaire en culture. De plus, nous avons recouvert les particules magnétiques d’une protéine biocompatible. Le revêtement crée un tampon entre l’élément magnétique et la cellule et favorise la pénétration des nanoparticules.
Orit Shefi, Professeur, Université Bar-Ilan
Orit Shefi explique : «Il est important de noter que le fer, l’élément constitutif de la nanoparticule, existe naturellement dans le corps, il n’est donc pas une substance étrangère. De plus, le même gel avec des particules magnétiques a été testé dans notre laboratoire et trouvé sûr à utiliser dans des modèles animaux.”
L’utilisation de nanoparticules magnétiques à des fins de diagnostic et d’imagerie, ainsi que dans les cas de blessures graves, a déjà été approuvée par la Food and Drug Administration américaine. Les actions du groupe de recherche Bar-Ilan créent une chance d’améliorer la technologie pour un usage thérapeutique futur.
Shefi et Plen concluent : «Ce n’est que le commencement. Notre nouvelle méthode de création de « mini-cerveaux » ouvre la porte à la recherche de solutions pour diverses déficiences neurologiques qui, espérons-le, amélioreront la qualité de vie de nombreux patients..”
Référence de la revue :
Plen, R., et al. (2022) Bio-ingénierie des réseaux de neurones 3D à l’aide de manipulations magnétiques. Matériaux fonctionnels avancés. doi.org/10.1002/adfm.202204925.
La source: https://www.biu.ac.il/en
