Il ne fait aucun doute que l’exercice fait du bien au corps. Une activité régulière renforce non seulement les muscles, mais peut également renforcer nos os, nos vaisseaux sanguins et notre système immunitaire.
Aujourd’hui, les ingénieurs du MIT ont découvert que l’exercice peut également avoir des effets bénéfiques au niveau des neurones individuels. Ils 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 se sont développés quatre fois plus loin que les neurones non exposés aux myokines. Ces expériences au niveau cellulaire suggèrent que l’exercice peut avoir un effet biochimique significatif sur la croissance nerveuse.
Étonnamment, les chercheurs ont également découvert que les neurones réagissent non seulement aux signaux biochimiques de l’exercice, mais également 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, les neurones se développent autant que lorsqu’ils sont exposés aux myokines d’un muscle.
“Maintenant que nous savons que cette diaphonie muscle-nerf existe, elle peut être utile pour traiter des choses comme les lésions nerveuses, où la communication entre le nerf et le muscle est coupée”, explique Ritu Raman, professeur adjoint de développement de carrière à Eugene Bell en génie mécanique au MIT. . “Peut-être que si nous stimulons le muscle, nous pourrions encourager la guérison du nerf et redonner de la mobilité à ceux qui l’ont perdue à cause d’un traumatisme ou d’une maladie neurodégénérative.”
Raman est l’auteur principal de la nouvelle étude, à laquelle participent Angel Bu, Ferdows Afghah, Nicolas Castro, Maheera Bawa, Sonika Kohli, Karina Shah et Brandon Rios du Département de génie mécanique du MIT, et Vincent Butty du Koch Institute for Integrative Cancer du MIT. Recherche.
Discussion musculaire
En 2023, Raman et ses collègues ont rapporté qu’ils pouvaient 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 exercé 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 est apparu 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.
“C’était intéressant parce que nous pensons toujours que les nerfs contrôlent les muscles, mais nous ne pensons pas aux muscles qui répondent aux nerfs”, explique Raman. “Nous avons donc commencé à penser que stimuler les muscles encourageait la croissance nerveuse. Et les gens ont répondu que c’était peut-être le cas, mais qu’il existe des centaines d’autres types de cellules chez un animal, et il est vraiment difficile de prouver que le nerf se développe davantage à cause du muscle. , plutôt que le système immunitaire ou quelque chose d’autre jouant un rôle. »
Dans leur nouvelle étude, l’équipe a cherché à déterminer si l’exercice musculaire avait un effet direct sur la croissance des nerfs, en se concentrant uniquement sur les tissus musculaires et nerveux. Les chercheurs ont transformé des cellules musculaires de souris en longues fibres qui ont ensuite fusionné pour former une petite feuille de tissu musculaire mature de la taille d’un quart de pièce.
L’équipe a ensuite collecté des échantillons de la solution environnante dans laquelle le tissu musculaire était exercé, pensant que la solution devait contenir des myokines, notamment des facteurs de croissance, de l’ARN et un mélange d’autres protéines.
“Je considère les myokines comme une soupe biochimique de substances sécrétées par les muscles, dont certaines pourraient être bonnes pour les nerfs et d’autres qui pourraient n’avoir rien à voir avec les nerfs”, explique Raman. “Les muscles sécrètent presque toujours des myokines, mais lorsque vous les exercez, ils en fabriquent davantage.”
“L’exercice comme médicament”
L’équipe a transféré la solution de myokine dans une assiette séparée contenant des motoneurones, des nerfs situés dans la moelle épinière qui contrôlent les muscles impliqués dans les mouvements volontaires. Les chercheurs ont cultivé les neurones à partir de cellules souches provenant de souris. 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, quatre fois plus vite que les neurones qui n’avaient pas reçu la solution biochimique.
“Ils poussent beaucoup plus loin et plus vite, et l’effet est assez immédiat”, note Raman.
Pour examiner de plus près comment les neurones ont changé en réponse aux myokines induites par l’exercice, l’équipe a effectué une analyse génétique, extrayant l’ARN des neurones pour voir si les myokines induisaient un changement dans l’expression de certains gènes neuronaux.
Les résultats suggèrent que les effets biochimiques de l’exercice peuvent favoriser la croissance des neurones. Le groupe s’est alors demandé : les impacts purement physiques de l’exercice pourraient-ils avoir un bénéfice similaire ?
“Les neurones sont physiquement attachés aux muscles, ils s’étirent et bougent donc également avec le muscle”, explique Raman. “Nous voulions également voir, même en l’absence de signaux biochimiques provenant des muscles, pourrions-nous étirer les neurones d’avant en arrière, imitant les forces mécaniques (de l’exercice), et cela pourrait-il également avoir un impact sur la croissance ?”
Pour répondre à cette question, les chercheurs ont développé un ensemble différent de motoneurones sur un tapis de gel qu’ils ont intégré avec de minuscules aimants. Ils ont ensuite utilisé un aimant externe pour faire bouger le tapis – et les neurones – d’avant en arrière. De cette façon, ils « faisaient travailler » les neurones, pendant 30 minutes par jour. À leur grande surprise, ils ont découvert que cet exercice mécanique stimulait la croissance des neurones tout autant que celle des neurones induits par la myokine, se développant beaucoup plus loin que les neurones qui ne recevaient aucune forme d’exercice.
“C’est un bon signe car cela nous indique que les effets biochimiques et physiques de l’exercice sont tout aussi importants”, explique Raman.
Maintenant que le groupe a montré que l’exercice musculaire peut favoriser la croissance nerveuse au niveau cellulaire, ils envisagent d’étudier comment une stimulation musculaire ciblée peut être utilisée pour développer et guérir les nerfs endommagés, et restaurer la mobilité des personnes vivant avec une maladie neurodégénérative telle que SLA.
“Ce n’est que notre premier pas vers la compréhension et le contrôle de l’exercice en tant que médicament”, explique Raman.
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