Un modèle de moelle épinière cultivé en laboratoire reproduit les lésions et permet de tester une thérapie à « molécules dansantes »

Des scientifiques de Northwestern University ont mis au point un modèle innovant cultivé en laboratoire, basé sur des organoïdes de moelle épinière humaine, qui reproduit fidèlement les réponses aux lésions et pourrait accélérer le développement de thérapies régénératrices. Pour la première fois, ce modèle a réussi à reproduire la mort cellulaire, l’inflammation et la cicatrisation gliale, une barrière dense qui empêche la repousse des nerfs.

Les organoïdes sont des versions miniatures d’organes, cultivées à partir de cellules souches, qui imitent la structure et la fonction des tissus réels. À l’aide d’organoïdes de moelle épinière humaine lésés, les chercheurs ont testé les « dancing molecules », une thérapie déjà montrée chez l’animal comme capable d’inverser la paralysie et de réparer les tissus. Les organoïdes traités ont présenté une importante croissance de neurites — les longues extensions qui relient les cellules nerveuses — et les tissus de type cicatriciel ont diminué.

La thérapie, introduite en 2021, utilise le mouvement moléculaire pour réparer les lésions traumatiques de la moelle épinière. Injectée sous forme liquide, elle gélifie pour former un réseau de nanofibres qui imite la matrice extracellulaire, l’échafaudage naturel autour des cellules de la moelle épinière. L’ajustement fin du mouvement collectif des molécules améliore leur interaction avec les récepteurs cellulaires. Chez la souris, une injection unique administrée 24 heures après une lésion sévère a aidé les animaux à marcher à nouveau en quatre semaines.

Samuel I. Stupp, auteur principal de l’étude et inventeur de la thérapie, a indiqué que l’un des aspects les plus enthousiasmants des organoïdes est qu’ils peuvent servir à tester de nouvelles thérapies sur du tissu humain. En dehors d’un essai clinique (clinical trial), c’est le seul moyen d’atteindre cet objectif. Après l’application de la thérapie, la cicatrice gliale a nettement régressé jusqu’à devenir à peine détectable, tandis que les neurites se développaient, rappelant la régénération axonale observée chez l’animal. Cela valide que la thérapie a de bonnes chances de fonctionner chez l’humain.

Pour modéliser une lésion de la moelle épinière, l’équipe a créé deux traumatismes fréquents : une lacération au scalpel et une contusion compressive, similaire aux dommages causés par un accident grave ou une chute. Les deux ont entraîné une mort cellulaire et la formation d’une cicatrice gliale, comme dans les lésions réelles. L’équipe a également ajouté des microglies, les cellules immunitaires du cerveau, afin de simuler les réponses inflammatoires. Les chercheurs ont été les premiers à introduire des microglies dans un organoïde de moelle épinière humaine : l’organoïde contient ainsi l’ensemble des substances chimiques que le système immunitaire résident produit en réponse à une lésion, ce qui en fait un modèle de lésion de la moelle épinière plus réaliste et plus précis.

Appliquée aux organoïdes lésés, la thérapie liquide a gélifié pour former un échafaudage, a apaisé l’inflammation, a réduit la cicatrisation, a prolongé les neurites et a favorisé une croissance nerveuse ordonnée. Dans les lésions de la moelle épinière, les axones — un type de neurite — sont souvent sectionnés, interrompant la communication nerveuse et provoquant une paralysie ; la régénération de ces prolongements pourrait aider à restaurer la fonction.

Avant de développer le modèle de lésion, les chercheurs ont testé la thérapie sur un organoïde sain. Les dancing molecules ont fait émerger de longs neurites à la surface de l’organoïde, mais lorsque des molécules présentant peu ou pas de mouvement ont été utilisées, rien n’a été observé. La différence était très marquée. L’efficacité remarquable de cette approche thérapeutique est attribuée au mouvement supramoléculaire des molécules, qui permet des interactions fréquentes avec les récepteurs cellulaires.

La thérapie a reçu la Orphan Drug Designation de la U.S. Food and Drug Administration. Ensuite, l’équipe prévoit de développer des organoïdes plus avancés, notamment des modèles de lésion chronique avec un tissu cicatriciel plus résistant, et, à terme, des implants personnalisés cultivés à partir des propres cellules souches du patient afin d’éviter le rejet immunitaire.

Ces travaux, publiés dans Nature Biomedical Engineering, soulignent non seulement le potentiel d’avancées thérapeutiques, mais aussi le rôle transformateur des organoïdes dans l’approfondissement de la compréhension de la physiologie et de la pathologie humaines. Les organoïdes permettent aux chercheurs d’accélérer leurs investigations et de réduire les coûts par rapport aux expérimentations animales comme aux essais cliniques humains.