samedi 30 avril 2016

Recherche sur la Régénération Neuronale du Cerveau



Nos neurones peuvent se régénérer

Durant des décennies, le dogme scientifique déclarait que les neurones de notre cerveau sont en nombre limité, ils ne se renouvellent pas, et à partir de l’âge adulte nous en perdons chaque jour, irrémédiablement, des quantités.

On sait à présent que nos neurones peuvent se régénérer  et que de nouveaux peuvent constamment apparaître.

Il existe des centaines de catégories différentes de neurones, qui, selon leur localisation, leur architecture, les signaux chimiques qu'ils émettent, jouent des rôles très différents.

Les cellules gliales sont très nombreuses
 et régulent la neurotransmission
Certains types de neurones continuent à être produits tout au long de la vie chez toutes les espèces de mammifères étudiées, y compris l'homme. L'existence de cette neuro-genèse  la production de nouveaux neurones  pourrait modifier les théories du fonctionnement cérébral. Sa compréhension et sa maîtrise permettraient le développement d'outils thérapeutiques exceptionnels pour le traitement des lésions cérébrales ou des maladies neuro-dégénératives, entre autres.

Outre le fait qu'elle ouvre des perspectives en matière de réparation du cerveau, la neuro-genèse à l'âge adulte modifie la manière dont il faut envisager le fonctionnement normal du cerveau. Depuis quelques années, on observe de plus en plus de signes de plasticité anatomique du cerveau adulte, à plusieurs niveaux, et notamment en ce qui concerne la forme et le nombre des synapses.

La régénération des neurones endommagés constitue l’un des principaux enjeux de la médecine d’aujourd’hui.


Le cerveau est capable de produire de nouveaux neurones


Bryan Kolb, neuroscientifique de l'Université de Lethbridge (Canada) a montré, en 2006, cette capacité chez des rats de laboratoire après un accident vasculaire cérébral et des lésions cérébrales consécutives. Lui et ses collègues ont  fourni le facteur de croissance à des rats et ont observé que leur cerveau non seulement produisait de nouveaux neurones, mais qu’ils étaient utilisés pour réparer les dégâts physiques et fonctionnels causés par les accidents vasculaires cérébraux. Et ils ont fait une autre constatation surprenante : pendant les deux semaines après la lésion, les nouveaux neurones “migrent” vers la zone endommagée et attendent des ordres. Si ils sont stimulés convenablement, ils commencent à travailler et à aider le cerveau à récupérer des fonctions ; par exemple, faire que l’animal lève une patte.

L’expérience de Kolb souligne l'importance de la rééducation en cas de lésion cérébrale. Les scientifiques cherchent maintenant à déterminer si la stimulation fournie par la rééducation pourrait augmenter la production de nouveaux neurones et accélérer la récupération.

Si une partie du cerveau est blessée, en particulier le cortex  la couche qui traite les signaux pour la perception et le mouvement , il est souvent possible d’entraîner une autre pour suppléer les dommages. Cela nécessite une pratique constante qui dure plusieurs années. Cependant, les scientifiques affirment  que la pensée et l'activité peuvent altérer physiquement le cerveau, effet appelé neuro-plasticité. Maintenant on sait que, en pensant, de nouvelles connexions synaptiques se forment dans le réseau neuronal.

Non seulement les neurones ne meurent pas, mais il y a également des dépôts de cellules de l'organisme où on peut trouver la régénération neuronale.

Un des “centre d’élevage de neurones” du cerveau se trouve dans l'hippocampe, qui joue un rôle clé dans la mémoire. Cette reconstruction a été accomplie avec la stimulation de cette zone cérébrale.

Cette capacité de récupération est attribuée à la plasticité synaptique, qui produit une stimulation dans les neurones, pour qu’ils puissent se régénérer.

Dans une étude, des chercheurs de l'Université de Toronto ont utilisé des marqueurs chimiques pour suivre les nouveaux neurones générés naturellement chez les souris saines et puis ils ont appris aux animaux à nager jusqu’à une plateforme. Après beaucoup de pratique, les rongeurs “se souvenaient” où était la plateforme. Plus tard, lorsque les chercheurs ont examiné les cerveaux de souris, ils ont constaté que les nouveaux neurones s’étaient chargés de la tâche de mémoire ; c'est-à-dire, les cellules marquées chimiquement étaient concentrées dans le “centre d’élevage” de l'hippocampe.

Dendrite
Les chercheurs ont également découvert qu'à peine un mois après s’être régénérés, ces neurones avaient commencé à améliorer la mémoire. Selon Paul Frankland, le neuroscientifique qui a dirigé l'étude, les facteurs environnementaux affectent le nombre de neurones qui sont générés. La cocaïne et le stress, par exemple, réduisent le taux de production de neurones, tandis que courir et les activités éducatives l'augmentent.

Dans les maladies neuro-dégénératives comme la maladie de Parkinson, la sclérose latérale amyotrophique (SLA) ou la maladie d'Alzheimer, ce sont la perte de neurones et une mauvaise communication dendritique qui prédominent. Les conséquences d'un trouble du cerveau se traduisent par des problèmes moteurs et cognitifs.


Des scientifiques créent des synapses in vitro grâce à des substances artificielles


Dans une étude effectuée par des chercheurs de l’Institut et Hôpital neurologique de Montréal (le Neuro) et de l’université McGill, publiée dans le Journal of Neuroscience en octobre 2009, il est question d’une composante artificielle sous forme de billes de plastique recouvertes d’une substance qui facilite l’adhésion et attire les neurones.

L’étude est la première à démontrer que les neurones peuvent croître et créer des contacts significatifs et fonctionnels, ou synapses  jonctions spécialisées qui assurent la transmission d’informations entre les neurones.

L’approche consiste à favoriser la connexion fonctionnelle de cellules nerveuses intactes avec des substrats artificiels et ainsi créer un paradigme qui pourra être appliqué par la suite à des systèmes-modèles comprenant des neurones endommagés. L’approche sera associée à des stratégies favorisant le prolongement des terminaisons neuronales par lesquelles se forment les connexions, ou synapses. La cible ultime est de créer une plateforme double favorisant non seulement la régénération des cellules endommagées, mais aussi le rétablissement de leurs connexions fonctionnelles.

La stimulation artificielle des neurones et l’application d’un colorant ont permis de constater que la transmission avait eu lieu, car le colorant a été absorbé par les synapses.

Ces résultats présentent non seulement un modèle pour comprendre la formation des neurones, lequel pourra servir dans des études ultérieures, mais suscitent l’optimisme chez ceux qui sont atteints de troubles neurologiques et s’avèrent porteur d’espoir en ce qui a trait à l’utilisation de substrats artificiels dans la régénération des nerfs endommagés.


La régénérescence des neurones prouvée grâce aux traces d'essais nucléaires


Dans une étude de l’Institut Karolinska de Stockholm, publiée dans la revue Cell en juin 2013, des chercheurs ont mesuré dans le cerveau humain, le taux de carbone radioactif  issu de décennies d’explosions atomiques dans l’atmosphère, et ont prouvé qu’une partie de nos neurones cérébraux se renouvelle.

Contrairement aux poissons, amphibiens, reptiles et oiseaux, les mammifères  dont l’homme  n’ont pas la chance de pouvoir reconstituer la totalité des neurones de leur cerveau. On a même longtemps cru que leur stock délivré à la naissance pouvait diminuer au fur et à mesure du vieillissement. C'était avant de découvrir que, chez la souris et le singe, certaines de ces cellules pouvaient se constituer au cours de la vie. Des expériences ont ensuite montré que c'était également le cas chez l'Homme mais seulement dans certaines régions cérébrales.

Carbone 14
Après des années de travail, l’équipe a réussi à prouver que les neurones de l’hippocampe cérébral humain, eux aussi, se renouvellent (à un taux modéré), en mesurant dans les cerveaux de 55 défunts âgés de 19 à 92 ans, le rapport entre le carbone 12 (le carbone ‘normal’) et le carbone 14 (son isotope radioactif).

Les 2 types d’atomes, présents dans le milieu naturel et ses cycles, s’intègrent naturellement à l’ADN des cellules lorsque celles-ci se créent. Pour une période donnée, la proportion C12 / C14 de l’environnement se retrouve à l’identique, dans le noyau de toute cellule  y compris un neurone  naissant à ce moment-là.

Dans l’écosystème terrestre, ce ratio a considérablement fluctué entre 1945 et 1963, à cause des explosions de bombes atomiques, testées dans l’atmosphère et en mer (depuis, ces essais ont lieu sous terre). Chaque période possède ainsi sa ‘signature carbone’  identifiable dans l’environnement, donc dans nos neurones.

Il était dès lors possible aux chercheurs suédois d’extraire, d’analyser et de dater l’ADN neural de l’hippocampe des cerveaux étudiés. Et de constater qu’une partie de ces neurones avait ‘vu le jour’ bien après la date de naissance et la petite enfance de ces individus. D'après les chercheurs, quelque 1.400 neurones se formeraient ainsi chaque jour, soit un renouvellement, chaque année, de 1,75% de l’hippocampe. Malheureusement, la dégénérescence va encore plus vite que cette neuro-genèse.


Comment régénérer les neurones sans affecter la mémoire


Dans une étude, l’équipe dirigée par Timothy O'Leary et Eve Marder de l'Université Brandeis (Massachusetts), publiée dans la revue scientifique Neuron en mai 2014, a construit un modèle biochimique simple des neurones de contrôle et de leurs composants cellulaires d'autorégulation. En particulier, ils se sont intéressés à la vitesse des canaux ioniques et les récepteurs, et comment les cellules évitent de perturber la signalisation électrique des fonctions normales du système nerveux.

Ils ont découvert que les cellules ne doivent pas mesurer tous les détails de l'activité pour maintenir le fonctionnement du système, trop de détails déraille en fait le processus. Certaines propriétés cibles peuvent se contredire. De plus, ils ont également appris que les cellules ayant des propriétés similaires peuvent avoir des types d'expression différents des canaux ioniques.

Le mystère de la façon dont se régénère le cerveau, maintenant en même temps la mémoire et toutes ses capacités intactes, pourrait s'expliquer par le modèle théorique, selon lequel nous avons un système de contrôle interne qui surveille le comportement des neurones et permet l'équilibre général.

Les neurones vivent de nombreuses années, mais ses composants, les protéines et les molécules qui composent la cellule, sont sans cesse remplacés.

Comment s'effectue cette reconstruction sans affecter notre capacité de penser, de ne pas oublier, d’apprendre ou d’expérimenter, est une des plus grandes questions en neuro-science.

Canaux ioniques
Les canaux ioniques sont de petites portes qui se trouvent sur la surface des cellules nerveuses. Celles-ci déterminent les différentes propriétés neuronales nécessaires pour tout réguler, allant de la taille et vitesse de déplacement des extrémités à la façon dont l'information sensorielle est traitée.

Les récepteurs et les canaux ioniques sont en constante évolution, puisque les cellules ont besoin de régler la vitesse à laquelle elles sont remplacées de manière à empêcher la perturbation de la fonction normale du système nerveux.

Les neurones ont besoin d'un compteur interne pour surveiller l'activité électrique et ajuster en conséquence l'expression des canaux ioniques. Étant donné qu’un seul neurone fait toujours partie d'un plus grand circuit, il faut effectuer cela tout en continuant à maintenir l'homéostasie (stabilité) de tout le système nerveux.

L'étude représente une avancée importante dans la compréhension de la plus complexe des machines jamais construite, le cerveau humain. Et elle peut conduire vraiment à de différentes stratégies thérapeutiques pour le traitement des maladies neuro-dégénératives qui affectent les neurones du cerveau.

Pour comprendre et guérir certaines maladies, on doit analyser et comprendre comment les systèmes biologiques contrôlent leurs propriétés internes quand ils sont dans un état ​​de santé normal. Et ce modèle pourrait aider les chercheurs à le faire.


Une nouvelle technologie de microprocesseur pour recenser les régénérateurs neuronaux


Des chercheurs de l'Institut de Technologie du Massachusetts on fait une nouvelle découverte, publiée par la National Academy of Sciences des États-Unis en avril 2010, sur les mécanismes de composés moléculaires et chimiques, qui démontre qu'elle peut améliorer la régénération neuronale, et par ce biais, développer de nouvelles thérapies et lutter contre les lésions du système nerveux, ainsi que les maladies neuro-dégénératives.

Les chercheurs ont employé une technologie neuve de microprocesseur pour tester rapidement les médicaments potentiels appliqués sur des vers de terre minuscules appelés C. elegans, qui sont employés souvent dans les études du système nerveux. Cette technologie aide les chercheurs à identifier rapidement les produits chimiques prometteurs qui peuvent être testés dans les mammifères et peut-être même chez l'homme. Ils ont déjà recensé une classe prometteuse des régénérateurs neuronaux.

Ver C. elegans
Le ver C. elegans est un excellent modèle d'organisme pour observer la régénération des neurones en raison de sa transparence et son réseau neuronal. Yanik et ses collègues ont mis au point une technique de laser de femtoseconde (10-15 seconde) qui leur a permis de couper et d'observer la régénération des axones individuels, responsables de l'envoi d'informations des signaux de neurone à neurone.

Ce type de technologie permet de faire des milliers de microchirurgies sur un seul axone en quelques secondes, selon l'étude. Il est maintenant possible d'identifier certaines substances chimiques qui peuvent altérer la régénération neuronale. La technologie de la puce électronique permet également de trouver des composés ayant des effets dans les maladies comme l'Alzheimer, le Parkinson et la sclérose latérale amyotrophique.


L’âge n’est pas un obstacle pour la régénération des neurones


Une nouvelle étude menée en janvier 2014, par l'équipe de Marc Hammarlund et Alexandra Byrne, de l'Université de Yale, a découvert que ce n'est pas l'âge, mais l'insuline qui limite de manière décisive la régénération neuronale. La découverte a été faite sur des vers vieillis, mais il est possible que la même situation découverte se produise chez d'autres animaux, y compris l'être humain.

Dans les vers étudiés, c’est l'insuline qui inhibe la capacité de neurones-moteur à se réparer, une constatation qui suggère que la détérioration de la santé du système nerveux ne peut pas être inévitable.

Au fur et à mesure du vieillissement, tous les organismes subissent une réduction de leur capacité à régénérer les parties endommagées du système nerveux.

Le système nerveux régule sa propre réponse à l'âge, indépendamment du reste du corps. Grâce à une manipulation de la voie à laquelle participe l'insuline, il est possible d'obtenir des animaux à vivre plus longtemps que la normale, mais dont le système nerveux vieillit au rythme normal, ou, inversement, obtenir des animaux à mourir à un âge normal, mais dont le système nerveux est maintenu jeune jusqu'à la fin.

La recherche a identifié deux voies génétiques qui réglementent l'activité de l'insuline et qui sont responsables de la réduction, liée à l'âge, de la capacité de régénération des axones (branches) dans les neurones des vers. L'équipe a également identifié deux autres voies réglementant la capacité des cellules nerveuses pour se régénérer, mais qui n'ont aucune connexion avec l'âge des vers.

Le ver C. elegans est un excellent modèle d'étude pour l'analyse génétique du vieillissement. Par le biais de la manipulation des familles de gènes qui régulent l'activité de l'insuline, il a déjà été observé dans des études antérieures que l'espérance de vie de cet organisme augmente considérablement. Cette nouvelle étude montre que l'insuline induite par la signalisation affecte aussi directement le système nerveux.

L’objectif de cette ligne fascinante de recherche vise à découvrir plus en détail comment les différentes voies de signalisation régulent de manière coordonnée le vieillissement neuronal, et plus précisément, comment régénérer les neurones sans que l'âge de la personne soit un obstacle.


Recherche sur l'adaptation de la régénération nerveuse de la lamproie chez l’homme


Des chercheurs de l'Université du Missouri, dans une étude publiée dans Neuroscience en août 2013, ont découvert comment la lamproie marine (poisson à squelette cartilagineux) régénère les neurones qui composent le longues “autoroutes”  nerveuses qui relient le cerveau à la moelle épinière. Les résultats de l'étude peuvent guider les efforts futurs pour favoriser le rétablissement des humains qui ont subi des lésions de la moelle épinière.

Les poissons, contrairement aux humains, peuvent régénérer les connexions nerveuses et rétablir la mobilité normale à la suite d'une lésion de leur moelle épinière. Suite à une lésion de la moelle épinière, les neurones se régénèrent chez les vertébrés inférieurs, comme la lamproie marine, et pourquoi ne pas le faire chez les vertébrés supérieurs, tels que les humains.

Lamproie marine
Les scientifiques se sont concentrés sur la régénération d'un groupe particulier de cellules nerveuses appelées neurones-réticulo, qui sont nécessaires pour la locomotion. Ces neurones sont présents dans le rhombencéphale et envoient des signaux à la moelle épinière pour contrôler les mouvements du corps. Dans le cas de la moelle épinière, la lamproie marine et les autres vertébrés inférieurs ont la capacité de régénérer ces neurones et récupérer la mobilité en quelques semaines.

Les chercheurs ont isolés et retirés les neurones réticulo-spinales blessés de la lamproie marine et mis en place des cultures extérieures, dans des conditions différentes, afin de voir les effets de ces conditions sur la croissance de ces neurones. Les chercheurs ont constaté que l'adénosine mono-phosphate cyclique (AMP cyclique) semble augmenter la régénération neuronale dans le système nerveux central dans un environnement qui inhibe normalement la régénération, c'est-à-dire l’AMP semble être en mesure de battre certains de ces facteurs inhibants et promouvoir au moins un certain degré de régénération.


P45  la protéine capable de régénérer les connexions nerveuses


Dans une étude de l’Institut Salk, publiée dans PLoS ONE en août 2014, le professeur Salk Kuo-Fen Lee et ses collègues ont découvert que la protéine p45 favorise la régénération des nerfs endommagés en empêchant la gaine de l’axone  connue sous le nom de myéline  d’inhiber la repousse.

Les grenouilles, les chiens, les baleines, les escargots tous ces animaux ont la molécule mais pas les humains et les primates. Alors que de nombreux animaux ont cette capacité de développement de nouveaux nerfs après une lésion, les humains ne l’ont pas.

Pour qu’un nerf endommagé puisse reprendre sa fonction, ses axones (les longues fibres nerveuses qui conduisent les signaux électriques) ont besoin de croître et de créer de nouveaux liens avec d’autres cellules.

La recherche suggère que cette petite molécule pourrait conduire à l'élaboration de thérapies pour les milliers de personnes qui vivent avec de graves lésions à la moelle épinière et souffrent de paralysie. Les chercheurs pourraient être en mesure d’imiter les processus de réparation des neurones qui se produisent naturellement chez les animaux inférieurs.

Cette conclusion est le résultat d'un processus de recherche qui dure depuis plusieurs années. Néanmoins, les humains, les primates et d’autres vertébrés les plus avancés n’ont pas de p45. On ne sait pas pourquoi cette régénération des nerfs ne se produit pas chez l'homme.

Au lieu de cela, les chercheurs ont découvert une protéine différente, la p75, qui se lie à la myéline de l’axone lorsque le dommage s'est produit dans le nerf chez ces animaux. Au lieu de favoriser la régénération nerveuse, la p75 arrête effectivement la croissance des nerfs endommagés.

Les scientifiques ont étudié comment deux protéines p75 se lient et forment une paire qui se fixe sur les inhibiteurs libérés par la myéline endommagée. En étudiant les configurations des protéines dans des solutions utilisant la résonance magnétique nucléaire (RMN), les chercheurs ont découvert que la p45 favorisant la croissance pourrait perturber la liaison des protéines p75. Quand la p45 arrive, la protéine casse la paire en morceaux.

De plus, la protéine p45 a été capable de se lier à une région spécifique de la protéine p75 essentielle à la formation d’une paire de p75, diminuant ainsi la quantité de paires p75 qui se fixe aux inhibiteurs libérés par la myéline. Avec moins de paires de p75 disponibles pour coller aux signaux inhibiteurs, les axones ont pu repousser.

Les résultats suggèrent qu’un agent, tel que la protéine p45 ou une autre molécule perturbatrice, capable de briser efficacement la paire de p75 pourrait offrir une thérapie possible pour les dommages de la moelle épinière.

Une méthode de traitement pourrait être d’introduire plus de protéines p45 aux neurones lésés. Mais une tactique plus intelligente consisterait à introduire une petite molécule qui bloque la liaison entre les deux protéines p75. Un tel agent pourrait passer à travers la barrière hémato-encéphalique et le site de lésions de la moelle épinière. La prochaine étape sera de voir si l’introduction de la p45 aide à régénérer les nerfs humains endommagés.


La stimulation cérébrale périphérique (PbS)


La stimulation cérébrale périphérique (PbS) est destinée à stimuler le processus naturel de génération neuronale. Dans le but d'améliorer chez les patients non seulement le fonctionnement cognitif mais aussi le moteur.

La plasticité cérébrale est la capacité de réorganisation du système nerveux après la perte ou la destruction de certains éléments de son fonctionnement. A ce titre, cette capacité concerne non seulement l'apprentissage mais aussi le remplacement des certaines structures par d'autres.

Les processus de base sont :

* Augmentation de l'efficacité des synapses : les connexions entre les neurones.
* Régénération des synapses.
* Régénération des neurones.

La stimulation cérébrale périphérique a comme objectif la régénération naturelle des structures endommagées ou touchées dans le cerveau. Après la stimulation permanente de la PbS, le bon fonctionnement des structures qui n'ont pas été endommagées est encouragé, en gardant leur bonne activité et prenant ainsi les tâches des autres circuits neuronaux endommagés.


Mémorisation d'un souvenir


C’est le résultat des modifications de connexions dans les réseaux de neurones, induites par un signal électrique.

Quand il s'agit d'une information, des gènes et des protéines dans les neurones post-synaptiques, qui servent comme un renforcement des synapses, s’activent.

1. Dendrite. Prolongement filamenteux du neurone servant à recevoir et conduire l'influx nerveux.
2. Transmetteur. L'influx nerveux se traduit par une protéine qui aide à la libération du neurotransmetteur.
3. Influx nerveux. Les informations portées par le neurotransmetteur se transforment à nouveau en un message électrique.
4. Synapse. Le point de communication entre deux neurones.
5. Neurone pré-synaptique.  Chargée de transférer le message nerveux situé avant la synapse.
6. Axon. Filament qui reçoit l’information du neurone post-synaptique.


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Les récentes découvertes sur le cerveau offrent un énorme espoir


* Aux enfants et adolescents ayant des difficultés d'apprentissage.

* Dans les maladies neuro-dégénératives comme la maladie de Parkinson, SLA ou la maladie d'Alzheimer.

* Aux victimes d'accident vasculaire cérébral qui doivent faire face à la perte de fonctions cérébrales.

* À ceux qui souffrent de douleurs chroniques.

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