le secret de la « soupe » biochimique

Le sport est bon pour le cerveau, les sages le soutiennent depuis des temps immémoriaux (enseigne la devise « mens sana in corpore sano ») et de nouvelles preuves proviennent de la science pour soutenir les bienfaits mentaux d’un mode de vie actif et un éventuel résultat « thérapeutique ». Une étude a démontré ces avantages au niveau des neurones individuels. Une équipe de chercheurs et d’ingénieurs du MIT (Massachusetts Institute of Technology) a mené les expériences. Ce qui est apparu, c’est que lorsque les muscles s’entraînent, ils aident les neurones à se développer.. Comme? Les experts ont observé que lorsque les muscles se contractent pendant l’exercice, ils libèrent une « soupe » de signaux biochimiques appelés myokines. En présence de ces signaux générés par les muscles, les neurones croissent 4 fois plus que ceux non exposés aux myokines. Ces expériences au niveau cellulaire suggèrent que l’exercice peut avoir un effet biochimique significatif sur la croissance nerveuse.

Muscles, neurones et myokines

Mais pas seulement : les chercheurs ont également découvert que les neurones réagissent aux signaux biochimiques de l’exercice, mais aussi à ses impacts physiques. L’équipe a observé que lorsque les neurones sont tirés d’avant en arrière de manière répétée – de la même manière que les muscles se contractent et se dilatent pendant l’exercice – ils se développent autant que lorsqu’ils sont exposés aux myokines d’un muscle. Alors que des études antérieures ont indiqué un lien biochimique potentiel entre l’activité musculaire et la croissance nerveuse, ces travaux sont les premiers à démontrer que les effets physiques peuvent être tout aussi importants, affirment les chercheurs. Les résultats des expériences menées, qui seront publiés dans la revue ‘Advanced Healthcare Materials’, faire la lumière sur la connexion entre les muscles et les nerfs pendant l’exercice et pourrait guider les thérapies liées à l’exercice pour réparer les nerfs endommagés et détériorés.

“Maintenant que nous savons que cette communication croisée existe entre le muscle et le nerf, elle peut être utile pour traiter des problèmes tels que les lésions nerveuses, où la communication entre le nerf et le muscle est perturbée”, souligne l’auteur principal de l’étude, Ritu Raman, professeur agrégé de mécanique d’ingénierie à MIT. “Peut-être que si nous stimulons le muscle, nous pourrions encourager le nerf à guérir et restaurer la mobilité chez ceux qui l’ont perdu en raison d’un traumatisme ou d’une maladie neurodégénérative.”

En 2023, Raman et ses collègues ont rapporté qu’ils étaient capables de restaurer la mobilité chez des souris ayant subi une lésion musculaire traumatique en implantant d’abord du tissu musculaire sur le site de la blessure, puis en exerçant le nouveau tissu en le stimulant à plusieurs reprises avec de la lumière. Au fil du temps, ils ont découvert que le greffon entraîné aidait les souris à retrouver leur fonction motrice, atteignant des niveaux d’activité comparables à ceux des souris en bonne santé. Lorsque les chercheurs ont analysé le greffon lui-même, il a été constaté qu’un exercice régulier stimulait le muscle greffé pour qu’il produise certains signaux biochimiques connus pour favoriser la croissance des nerfs et des vaisseaux sanguins. “Nous pensons toujours que les nerfs contrôlent les muscles, mais nous ne pensons jamais que les muscles répondent aux nerfs”, réfléchit Raman. “Nous avons donc commencé à penser que la stimulation musculaire favorisait la croissance nerveuse.”

La « soupe » biochimique

Dans la nouvelle étude, l’équipe a cherché à déterminer si l’exercice musculaire avait un effet direct sur la façon dont les nerfs se développent, en se concentrant uniquement sur les tissus musculaires et nerveux. Les chercheurs ont transformé des cellules musculaires de souris en longues fibres qui ont fusionné pour former une petite feuille de tissu musculaire mature de la taille d’un quart environ. Ils ont ensuite modifié génétiquement le muscle pour qu’il se contracte en réponse à la lumière, afin d’imiter l’exercice. Raman avait précédemment développé un tapis de gel sur lequel développer et exercer les tissus musculaires. L’équipe a ensuite collecté des échantillons de la solution environnante dans laquelle le tissu musculaire avait été entraîné, pensant qu’elle devait contenir des myokines, notamment des facteurs de croissance, de l’ARN et un mélange d’autres protéines. Autrement dit, “une soupe biochimique de substances sécrétées par les muscles, dont certaines pourraient être bonnes pour les nerfs“, dit Raman. “Les muscles sécrètent pratiquement toujours des myokines, mais lorsque vous les entraînez, ils en produisent davantage.”

L’équipe a transféré la solution de myokine dans une capsule séparée contenant des motoneurones, des nerfs de la moelle épinière qui contrôlent les muscles impliqués dans les mouvements volontaires. Comme pour le tissu musculaire, les neurones ont été cultivés sur un tapis de gel similaire. Après que les neurones aient été exposés au mélange de myokines, l’équipe a observé qu’ils commençaient à se développer rapidement, 4 fois plus vite que les neurones n’ayant pas reçu la solution biochimique. “Ils poussent beaucoup plus loin et plus vite, et l’effet est assez immédiat”, note Raman. L’analyse génétique “nous a montré que de nombreux gènes régulés positivement dans les neurones stimulés par l’exercice n’étaient pas seulement liés à la croissance des neurones, mais également à leur maturation, à leur capacité à communiquer avec les muscles et autres nerfs et à la maturité des axones. L’exercice semble donc avoir un impact non seulement sur la croissance des neurones, mais également sur leur maturité et leur bon fonctionnement.

Cela se produit au niveau biochimique. Mais l’impact physique de l’exercice sur les nerfs ? “Les neurones sont physiquement attachés aux muscles, ils s’étirent donc et bougent avec le muscle”, explique Raman. “Nous voulions voir, même en l’absence de signaux biochimiques provenant du muscle, si nous pouvions étirer les neurones d’avant en arrière, imitant les forces mécaniques (de l’exercice), et si cela pouvait également avoir un impact sur la croissance.” Les chercheurs ont donc développé un ensemble différent de motoneurones sur un tapis de gel incrusté de minuscules aimants. Avec un aimant externe, ils faisaient bouger le tapis (et les neurones) d’avant en arrière. De cette façon, ils ont « exercé » les neurones pendant 30 minutes par jour. Étonnamment, ils ont découvert que cet exercice mécanique stimulait la croissance des neurones autant que celle des myokines. “C’est un bon signe, car cela nous indique que les effets biochimiques et physiques de l’exercice sont tout aussi importants”, conclut Raman. Prochain défi ? Comprendre comment une stimulation musculaire ciblée peut être utilisée pour développer et guérir les nerfs endommagés et restaurer la mobilité des personnes souffrant d’une maladie neurodégénérative telle que la SLA. “Ce n’est que notre premier pas vers la compréhension et le contrôle de l’exercice en tant que médecine”, explique le scientifique.