Hypothèse et proposition d’une étude préclinique pour la régénération médullaire.
Régénération des lésions chroniques de la moelle épinière : une matrice de croissance extracellulaire, le Neurogel, et une neurogénèse du système nerveux central par deux hormones, l’érythropoïétine (EPO) et la progestérone.
Il existe peu de perspectives et de recherches sur les lésions chroniques (anciennes) de la moelle épinière.Cependant des greffes de diverses cellules souches qu’elles soient embryonnaires, hématopoïétiques (mésenchymateuses) ou olfactives sont et ont été transplantées dans le cadre de lésions chroniques sans apporter les résultats escomptés pour les personnes handicapées.Ces implantations ont parfois eu lieu en retirant la cicatrice gliale.
Bien que les cellules souches soient à la base du développement des tissus et des organes, elles n’apportent pas encore tous les espoirs qu’elles suscitent.
En effet, engager la prolifération, la différenciation et la persistance des cellules souches dans le tissu cible nécessitent des conditions et des interactions cellulaires précises.
Dans le cadre des lésions chroniques, la cicatrice gliale est un obstacle à la survie même de ces cellules.
Dans les minutes et les heures qui suivent un traumatisme de la moelle épinière, se produit une activation des récepteurs du N-méthyl-D-aspartate (NMDA), par les acides aminés, glutamate, libérés en grande quantité, et une ouverture des canaux ioniques associés à ces récepteurs. L'irruption intracellulaire de Ca++ active les phospholipases et la chaîne de réactions qui aboutit à la production de radicaux libres. Les radicaux libres sont à l'origine d'une peroxydation lipidique, aboutissant à une destruction cellulaire, aussi bien neuronale qu'au niveau des micro-vaisseaux des substances grises et blanches médullaires. L'hypoxie tissulaire qui en résulte peut être aggravée par l'hypotension systémique, ou par une hypoxémie, quelle qu'en soit l'origine. Cette cascade de réactions neurochimiques engendre une apoptose neurale sévère due entre autres à la toxicité du glutamate qui génère des facteurs apoptotiques neuronaux, à l'inflammation et à la production d’oxyde nitrique. [1]
La neuroprotection consiste principalement à l’utilisation d’anti-inflammatoires et de la méthylprednisolone pour limiter celle-ci et permettre une meilleure récupération fonctionnelle. [2, 3, 4]
Des recherches sont menées pour comprendre pourquoi les cellules souches n’induisent pas la neurogénèse adulte alors qu’un certain nombre de mécanismes opérant au cours du développement, persistent ou réapparaissent lors de la plasticité du système nerveux central (SNC) chez l’adulte notamment dans la zone sous ventriculaire de l’hippocampe.[5]
Cette recherche concerne d’une part les facteurs inhibant la régénération axonale au niveau des cicatrices gliales et des limites adjacentes.
On a identifié diverses molécules inhibitrices produites dans les cicatrices gliales tels que les protéoglycanes à chondroitine sulfate ; l’une des plus importante est connue sous le terme de NogoA. On a développé des anticorps, et des molécules capables en partie de dissoudre ou d’empêcher cette inhibition. [6, 7, 8,9]
Ces recherches concernent principalement les lésions aiguës (récentes) ou très incomplètes et on observe chez des animaux la régénération de tissus nerveux et le rétablissement limité de certaines fonctions. [10, 11,12]
Pour stimuler la repousse on a également découvert que des facteurs de croissance induisent également la repousse du tissu nerveux. Ces facteurs, répartis en 4 familles, comprennent une cinquantaine de membres. Ils agissent tous en se fixant sur des récepteurs correspondants, pour, selon les cas, attirer ou repousser le cône de croissance axonale nécessaire à toute repousse.
Deux facteurs de croissance trophiques clé semblent être indispensables à toute neurogénèse.
Le facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) et le BDNF (Brain Derived Neurotrophic Factor) qui est une des neurotrophines de la famille du NGF (Nerve Growth Factor).VEGF étant nécessaire pour engendrer la vascularisation et BDNF pour la différentiation neuronale. [13]
L’idée actuelle est de coupler ces différents éléments à différents types de transfert de gènes dans des cellules en culture pour améliorer les caractéristiques des
cellules en régénération ou de leur conférer un rôle thérapeutique défini qu’elles n’ont pas physiologiquement.
Le génie génétique cherche donc aujourd’hui à contrôler et orienter une éventuelle neurogénèse dans le système nerveux central (SNC) adulte. [14]
Même si la recherche fondamentale observe la neurogénèse embryonnaire pour comprendre les mécanismes du développement du SNC, l’approche neurobiologiste tend souvent par principe à déceler les raisons de la non régénération et non à définir ou à chercher les moyens de permettre cette régénération.
L’approche d’une recherche thérapeutique a donné l’idée à nombre de chercheurs à recréer un milieu embryonnaire propice à une neurogénèse adulte d’une part avec des biomatériaux ou alors par une matrice cellulaire, aujourd’hui par exemple les cellules olfactives engainantes.[15]
Le Neurogel est un de ces biomatériaux qui a été utilisé chez l’animal aussi bien dans le cas de lésions chroniques que des lésions aiguës pour en démontrer la validité du concept.
Le Neurogel appartient à la classe des hydrogels formés de polymères c'est-à-dire de longues chaînes de molécules identiques qui, à bien des égards (viscoélasticité, diffusion, biocompatibilité...), ressemblent aux organes mous. C'est un gel viscoélastique qui absorbe toute l'eau qu'il peut trouver jusqu'à sa capacité maximale d'absorption et comme le cerveau, il est déformable mais non compressible. Les caractéristiques essentielles du NeuroGel sont sa structure poreuse et ses propriétés de diffusion moléculaire qui rappellent celles du cerveau embryonnaire. Ainsi, cet hydrogel recrée un milieu propice aux phénomènes de régénération des cellules, des vaisseaux sanguins et des fibres nerveuses. [16]
Le NeuroGel est entièrement synthétique, bioadhésif, hémostatique, de durée de vie illimitée (non dégradable), non toxique, non mutagène, ne créant aucun phénomène de rejet et il peut être stérilisé.
Ainsi, greffé sur un site lésionnel aiguë ou chronique (après avoir retiré la cicatrice gliale), cette matrice extracellulaire de croissance (MEC) permet le passage des fibres nerveuses à travers le gel et le développement d’un nouveau tissu glial. [17,18]
Dans ce nouveau tissu, il y a des axones qui traversent le gel mais sans former de profils synaptiques matures, des contacts dendritiques formant des contacts intercellulaires au sein de la MEC, des fibres myélinisés par la migration des cellules de Schwann, des fibres non myélinisés et une nouvelle vascularisation.
Ce nouveau tissu a pu se développer grâce à la MEC qui, empêchant les réactions neurochimiques induisant la mort cellulaire en a permis le développement.Le Neurogel permet la diffusion de facteurs trophiques exprimés par les cellules avoisinantes.
Cette réparation du tissu nerveux a permis de retrouver quelques fonctions motrices montrant tout l’intérêt et la nécessité d’une matrice extracellulaire de croissance pour permettre la réparation des lésions chroniques.
Le Neurogel est indéniablement propice au développement du tissu glial, il constitue un support de croissance semblable à la substance fondamentale.Cependant, même si cette matrice permet la guidance d’un certain nombre d’axones et favorise la prolifération de cellules gliales, on ne retrouve que peu ou pas de progéniteurs neuronaux au sein du nouveau tissu nerveux. [18]
Il y a bien une reconstruction de la moelle épinière et ce nouveau tissu a des propriétés de conduction neuronale.
La récupération motrice restant limitée mais certaine, des combinaisons du Neurogel avec des cellules souches et/ou des facteurs de croissance ont été réalisés en vue d’obtenir une conduction supérieure ; le résultat reste très mitigé. [19]
Neurogénèse : des conditions hormonales ?
Chez certains amphibiens comme la salamandre, la moelle épinière est capable de se régénérer après une lésion. [20] Les salamandres peuvent régénérer une moelle épinière lésée à n'importe quelle étape de leur développement et ils sont les seuls vertébrés tétrapodes qui régénèrent la moelle épinière complètement à l’age adulte. Les cellules ependymaires jouent un rôle principal dans ce processus pour combler la zone détruite et engendrer la régénération caudale. La réponse ependymaire aide à produire une réponse différente aux dommages neuraux comparés aux dommages neuraux chez les mammifères. Durant la phase de régénération de la moelle épinière des salamandres, de nouveaux neurones sont produits ainsi qu’un support cellulaire de croissance axonale, une matrice de croissance extracellulaire appelée MMP (matrix metalloprotéinases [20a, 20b]. Ces métalloprotéinases sont ainsi appelées car ce sont des enzymes à zinc ayant une activité endopeptidasique, c'est-à-dire qu'elles hydrolysent les protéines. Auparavant désignées sous les termes de matrilysine, collagénases, stromélysines, gélatinases, elles sont actuellement désignées par MMP suivi d'un chiffre. La majorité des métalloprotéinases sont sécrétées par les cellules dans l'espace extracellulaire et sont désignées seulement par MMP.
La plupart des MMP ne sont pas exprimées d'une manière constitutive par les cellules normales mais seulement après induction par des cytokines comme l’EPO et des facteurs de croissance lors de cicatrisation ou d'inflammation [20c].
La neurogénèse chez la salamandre semble être étroitement liée à la variation hormonale dans le SNC. [21]
Le comportement des cellules souches du canal épendymaire et des cellules gliales change.
Ces cellules souches épendymaires vont migrer, proliférer et se différencier pour reconstituer la moelle épinière. [22,23]
De même, le rôle hormonal sur la neurogénèse adulte a été examiné chez le grillon domestique, mettant en évidence l'action antagoniste de deux hormones morphogénétiques, l'hormone juvénile et l'ecdysone. L'indice mitotique est diminué après allatectomie, alors que l'injection d'hormone juvénile stimule les divisions des neuroblastes; l'ecdysone, quant à elle, inhibe la prolifération cellulaire.[24]
L’érythropoïétine ( EPO) : une hormone clé de la neurogénèse embryonnaire et adulte chez les mammifères ?
L'Erythropoïétine est une hormone ( protéine) naturelle. Elle régit l'érythropoiëse, c'est-à-dire la production des érythrocytes (ou globules rouges) par la moelle.
Cette cytokine est principalement synthétisée chez l’adulte par le rein.
La neuroprotection
L’autre effet, moins connu mais tout aussi important, est la protection tissulaire, en particulier du système nerveux. Une production locale d’EPO endogène a été mise en évidence dans le système nerveux central. [25]
L’expression du gène de l’EPO est en effet sous le contrôle du facteur de transcription HIF-1 (hypoxia-inducible factor-1) dont la synthèse est augmentée lors d’une hypoxie [26]. Cette même réponse existe aussi dans le cerveau puisque neurones et astrocytes augmentent alors leur synthèse d’EPO aussi bien in vivo qu’in vitro. [27, 28}
L’administration d’EPO recombinante humaine (RhEPO) par voie systémique permet dès lors une neuroprotection lors de l’ischémie cérébrale chez l’homme [29]. L’effet neuroprotecteur est exercé par la mise en jeu d’un récepteur de l’EPO (l’EPO-R) différent de celui impliqué dans l’érythropoïèse par ses caractéristiques de liaison, sa taille apparente et les protéines qui lui sont associées.
Les récepteurs de l’EPO sont exprimés par les cellules endothéliales (vasculaires), les astrocytes et les neurones. [30, 31, 32]
Les effets neuroprotecteurs de l’EPO résultent d'actions conjuguées intervenant à la fois sur les neurones, les cellules gliales et les cellules vasculaires. L'hormone pourrait notamment réguler le flux sanguin cérébral et la formation de l’oxyde nitrique synthétase et stimuler la synthèse d’agents neuroprotecteurs comme le BDNF. [33, 34]
Plusieurs mécanismes par lesquels l'EPO exerce cette neuroprotection sont identifiés. L’EPO diminue la toxicité du glutamate [35], induit la génération de facteurs anti-apoptotiques neuronaux, réduit l'inflammation et a des effets antioxydants directs. [36]
L’EPO a également un effet neurotrophique. [37]
L’effet neuroprotecteur majeur de l’EPO a été établi dans des études expérimentales in vitro et in vivo, et, d'une manière plus importante, dans des essais cliniques pilotes très prometteurs sur l’homme pour des accidents vasculaires cérébraux. [38]
Dans le cas de la moelle épinière qui nous intéresse, on a utilisé un modèle traumatique chez des rats où un poids est lâché sur une moelle épinière exposée. L’amélioration dans ce modèle a été plus que remarquable, car le rétablissement spontané dans ce modèle de traumatisme tend à être inférieur que dans des lésions aiguës réalisées avec agrafe. Le traitement à l’EPO a rapporté un degré remarquable d'amélioration fonctionnelle : Les rats ont obtenus un BBB score de 18 (dans ce système de notation 0 est une paraplégie complète et 21 une marche normale) alors que chez les rats contrôles le score ne dépasse jamais 10.Ce score s’améliore encore au-delà d’un mois.
Cela signifie que les rats récupèrent non seulement la fonction de leurs pattes arrière, mais ont une marche coordonnée avec les pattes avant, permettant l'ambulation efficace.
La transcription de tels résultats des rats aux humains est difficile, et peut être fallacieuse.
Ceci étant, un résultat analogue chez les patients pourrait apporter l’amélioration d’une paralysie partielle sans possibilité de se déplacer vers une ambulation reconstituée avec une démarche coordonnée. La signification pratique de cette donnée est cruciale, parce qu'elle peut permettre la restauration de la marche volontaire chez une personne handicapée. [39]
Des résultats similaires ont été obtenus chez le lapin dans un autre système de notation.
Dans ce cas on a cette fois occlu l'artère abdominale pendant vingt minutes. [40]
La neurogénèse
En observant la neurogénèse on peut constater que l’EPO et son récepteur l’EPO-r sont également présents et de manière abondante dans le cerveau embryonnaire. [41] Le récepteur de l’EPO (EPO-r) est exprimé par les cellules souches neurales dans diversesparties du SNC, y compris le cortex cérébral du rat embryonnaire, le bulbe olfactif du rat postnatal et la zone sous-ventriculaire du rat postnatal [42]. L’EPO favorise la survie, la prolifération, et/ou la différentiation des cellules souches neuronales chez l’embryon. [43]
L'expression de l'EPO et de l'EPO-r se retrouve dans tous les organes au cours des deux premiers trimestres. Il semble que l’EPO agit de concert avec des facteurs somatiques de croissance et de développement pendant cette période. [44]
Le récepteur de l’EPO (EPO-r) et l’expression du gène de l’EPO sont à la base de changements dans le développement et la maturation du cerveau. L’EPO joue un rôle différent ou/et additionnel dans le développement normal du cerveau que dans la neuroprotection. [44]
On a montré que l'érythropoïétine stimule les cellules souches neuronales et empêche l'apoptose dans le cerveau embryonnaire. Des souris dépourvues du récepteur de l’EPO montrent une anémie grave et leur développement cardiaque est défectueux. Elles meurent au treizième jour de vie embryonnaire. Ces souris montrent également une apoptose étendue dans le cerveau foetal. Le manque d’EPO-r affecte le développement du cerveau dès le dixième jour. [45, 46]
L'EPO et l’ EPO-r sont essentiels pour le développement neural embryonnaire ; l'EPOR semble important pour la neurogénèse adulte et pour assurer la migration des cellules souches neurales après une lésion. [46]
L’expression de l’EPO et son récepteur sont présents au cours du développement de la moelle épinière mais aussi dans les cellules gliales radiaires qui se transforment ensuite en astrocytes, en oligodendrocytes, voire en neurones inter-cellulaires.
La progression de la neuro-différentiation montre une prépondérance de l'EPO dans les astrocytes et de EPO-R dans les neurones. [47]En outre et de ce fait l’EPO est un facteur de croissance axonale.[ 48]
Dans le cadre d’ischémies chez le rat, l’injection d’EPO exogène (RhEPO) augmente de manière significative les niveaux du facteur de croissance de l’endothélium vasculaire (VEGF) et celui du facteur neurotrohique BDNF ( brain dérived growth factor).
La formation de nouveaux vaisseaux capillaires à partir des cellules endothéliales a été démontrée.
L’augmentation de VEGF et de BDNF participe dans ce cas à l’angiogénèse et à la neurogénèse du SNC adulte. L’angiogénèse et la neurogénèse vont de pair dans le cerveau adulte par l’intermédiaire de VEGF et BDNF. Les cellules endothéliales, en plus de leur rôle angiogénique, secrètent dès lors BDNF. [49]
L’EPO endogène est produite par les astrocytes et dans une moindre mesure par les neurones (en cas d’ischémie sévère), cette donnée ouvre une perspective idéale pour la neurogénèse.
Les astrocytes contrôlent la neurogenèse dans le système nerveux central adulte.
Les astrocytes embryonnaires de la glie radiaire servent de « rails » lors de la migration des neurones immatures de l’espace périventriculaire vers les couches externes du cortex cérébral. L’astrocyte est également nécessaire à la formation de la barrière hémato-cérébrale. De plus, son rôle majeur dans la formation et la plasticité des synapses entre neurones a été mis en évidence [50, 51]. Par ailleurs l’astrocyte est le seul lieu de stockage du glucose dans le système nerveux, donc la seule source énergétique des neurones, et les facteurs de croissance sécrétés par les astrocytes sont essentiels à la conservation des fonctions neurales et à la survie cellulaire. L’astrocyte est une cellule très active qui participe en particulier au contrôle de l’environnement local dans le système nerveux central.
Les astrocytes ont maintenant des rôles importants bien caractérisés aussi bien pendant le développement cérébral que plus tard chez l’adulte. Outre la guidance mécanique et métabolique des neurones migratoires par les fibres gliales radiaires, ils favorisent la guidance axonale, stimulent la croissance neuritique et ont des rôles dans le transfert de métabolites des vaisseaux aux neurones, l’établissement des structures astrogliales préfigurant l’architecture neuronale et/ou axonale, la sécrétion de la matrice extra-cellulaire, la régulation du potassium extra-cellulaire, la sécrétion des substances trophiques pour les neurones, la phagocytose des débris cellulaires et la formation de la barrière piale et hémato-méningée. Les fibres gliales radiaires du fœtus ou du prématuré humain seraient aussi capables d’engendrer des neurones ; certains astrocytes de la zone sous-ventriculaire et de l’hippocampe garderaient un potentiel neuronogénétique dans le cerveau adulte (52).
Deux zones du cerveau, la zone sous-ventriculaire et la zone sous-granulaire de l’hippocampe, abritent des cellules souches qui donnent naissance à de nouveaux neurones tout au long de la vie, y compris à l’âge adulte. Mais il existe également des cellules souches adultes capables de donner naissance aux différentes lignées cellulaires du système nerveux central, y compris des neurones, dans d’autres régions du cerveau, comme le striatum, ou la moelle épinière.
L’environnement local conditionne la capacité des cellules souches adultes à proliférer et à se différencier. Un article du groupe de Fred Gage [53], l’un des pionniers du domaine avec Sam Weiss et Arturo Alvarez-Buylla, a récemment mis en évidence le rôle des astrocytes dans le contrôle de la neurogenèse dans l’hippocampe chez l’adulte. Les astrocytes produisent un ensemble de facteurs solubles et transmembranaires qui favorisent la différenciation des cellules souches adultes en neurones mais ceci ne se voit actuellement que dans l’hippocampe.Les astrocytes sont les seules cellules gliales à synthétiser l’EPO endogène et à disposer de récepteur à l’EPO.
En synthétisant l’EPO elles stimulent la prolifération et la différentiation des cellules souches neuronales (CSN). On sait justement qu’in vivo, l’effet de l’EPO injectée directement dans les ventricules de la zone sous ventriculaire de l’hippocampe engendre la diminution du nombre de CSN et l’augmentation de précurseurs neuronaux destinés au bulbe olfactif avec une augmentation de la prolifération cellulaire. L’EPO pourrait contrôler, via NF- *B, l’expression du facteur de transcription Mash-1, et induire ainsi l’engagement des CSN dans la différenciation neuronale sans modifier la survie des cellules [54]. Mais l’on sait que cette différentiation dans l’hippocampe est bien sous le contrôle des astrocytes.[53]Cette fonction autocrine et paracrine de l’EPO semble et pourrait alors changer la fonction des astrocytes et par là même la fonction du tissu glial par une neurogénèse.[55]
On peut alors supposer que cette différentiation en neurones peut avoir lieu dans la moelle épinière. La régénération de la substance grise de la moelle épinière n’est à ce jour ni supposée ni envisagée. La repousse de quelques axones avec un retour à quelques fonctions sphinctériennes, locomotrices et sensitives mineures constitue l’objectif actuel dans le cadre des lésions médullaires. Cet objectif se limite en grande partie aux lésions récentes non stabilisées.
En réponse à une lésion de moelle épinière, la prolifération de cellules épendymaires augmente considérablement. Ces cellules migrent, se différencient principalement en astrocytes et participent à la formation de la cicatrice gliale. Ces données démontrent que les cellules épendymaires sont des cellules souches neurales. [56]
Ces astrocytes s'attellent à la cicatrisation. Ils forment alors une espèce de réseau très dense, dont le maillage serré coupe le passage aux axones en régénération. Ces astrocytes enveloppent les structures neuronales, et envahissent les cellules leptoméningiales ainsi que les vaisseaux sanguins, empêchant la restauration de la barrière hémato-encéphalique. Il semble que l'expression locale et transitoire, au niveau du site de la lésion, de certaines molécules liées au processus inflammatoire puisse jouer un rôle prépondérant (57).
Lors d’une lésion médullaire l’EPO-r est exprimé massivement par les cellules gliales, endothéliales et les neurones mais en raison d’une cascade de phénomènes neurochimiques et de l’atteinte massive du cordon médullaire, les astrocytes ne produisent pas d’EPO. De ce fait les cellules souches neurales qui migrent de l’épendyme sont transformées en cellules gliales, principalement en astyrocytes ou en oligodendrocytes et non en neurones.
Nous voulons donc vérifier si ces cellules souches peuvent proliférer et se différentier dans les différentes populations neuronales présente dans la moelle épinière après l’injection d’EPO systémique.
Cette injection aurait lieu 24h après la réalisation d’une double section chez le rat en T8 et l’implantation du Neurogel.
Une seconde possibilité consisterait à injecter de l’EPO directement dans le liquide céphalorachidien (LCR). On retrouve la présence d’EPO dans le LCR du nouveau né. [74]
Cette hypothèse s’inspire de la régénération médullaire chez les amphibiens où une matrice est produite ainsi qu’une différentiation des cellules épendymaires.
Des chercheurs ont développé un dérivé de l’EPO qui peut séparer les deux fonctions de l’EPO, protégeant les neurones sans augmenter la production de globules rouges. Marcel Leist et ses collègues ont réussi cette synthèse avec succès avec l’EPO carbamylatée (CEPO). Ce dérivé ne semble pas augmenter le nombre de globules rouges et évite donc le risque de thrombose [58]
In vivo, le franchissement de la barrière hémato-encéphalique est indispensable pour qu’une substance administrée par voie systémique exerce l’effet attendu. C’est le cas de l’EPO notamment lors d’un traumatisme [59] et on a démontré que c’est également le cas de la CEPO. L’effet protecteur de cet analogue a été évalué dans plusieurs modèles expérimentaux d’atteinte nerveuse ou cérébrale : infarctus cérébral, atteinte de la moelle épinière, compression du nerf sciatique, encéphalomyélite auto-immune, neuropathie périphérique d’origine diabétique. Dans tous les cas, un effet protecteur majeur a été mis en évidence. L’administration au long cours de la CEPO n’a pas entraîné d’élévation significative de l’hématocrite. Ces résultats expérimentaux impressionnants doivent bien sûr être confirmés chez l’homme. Ils représentent à ce stade une perspective thérapeutique de première importance pour un champ de maladies où les médicaments efficaces sont peu nombreux.
On utilisera de la CEPO dans cette étude.
La progéstérone : hormone complémentaire de l’EPO ? Hormone régulatrice ?
La progestérone est une hormone stéroïde impliquée dans le cycle menstruel féminin, la grossesse (progestagène : supporte la gestation) et l'embryogénèse des humains et d'autres espèces. Elle est synthétisée à partir du cholestérol sous l'action de l'hormone lutéinisante. Cette hormone peut ensuite être convertie en testostérone puis en estradiol par les cellules de la thèque qui entourent le follicule ovarien.
Implication dans le SNC
Dans le cas des traumatismes crâniens (TC), la progestérone a un effet neuroprotecteur important. En effet, après contusion du cortex frontal, elle réduit la formation de l'œdème cérébral, la perte neuronale et favorise la récupération fonctionnelle chez le rat [60]. La progestérone semble avoir une importante action anti-inflammatoire. Elle peut réguler l'expression de l'IL 8 et assure l’équilibre hydrique. [61]
La progestérone s’est révélée être très active, notamment en terme de neuroprotection. Lorsqu’elle est synthétisée par les glandes stéroïdogènes périphériques, elle atteint le cerveau en empruntant la circulation sanguine, alors que la " neuroprogestérone " est synthétisée localement [62]. La progestérone est vasodilatatrice et cet effet ne passe pas par le récepteur GABA. Elle est également anti-oxydante. La progestérone est un précurseur de la myéline au niveau du système nerveux périphérique mais sans doute aussi au niveau du système nerveux central. Elle diminue l'endothéline 1 et stimule la sécrétion de TGF-alpha , facteur neurotrophique intervenant dans la réparation neuronale. Elle a également un effet coopératif sur la synthèse d'acétylcholine transférase et s'oppose à la toxicité cellulaire de la corticostérone au niveau du système nerveux central. La progestérone au niveau du système nerveux central pourrait avoir un effet trophique propre. [63]
Ces effets trophiques ont été identifiés au niveau du système nerveux central; ils règlent des fonctions neuronales et gliales essentielles. Ainsi, la progestérone, exerce des effets neuroprotecteurs et pro-myélinisants. En outre, elle induit, tout comme l’EPO, le facteur neurotrophique BDNF et pourrait régler, de façon paracrine ou autocrine, la fonction des neurones et des cellules gliales tout en empêchant la dégénérescence cellulaire. Elle a notamment pour cible les motoneurones. [64]
Les scientifiques estiment que la progestérone constitue une solution idéale pour le traitement et la prévention des dégénérescences du SNC.
La progestérone est synthétisée dans le cerveau, la moelle épinière, et les nerfs périphériques à partir de la prégnénolone. La recherche suggère fortement que la progestérone favorise la formation de la gaine de myéline [65].
Des chercheurs français ont montré que la prégnénolone influence et favorise la croissance du tissu nerveux et qu’elle augmente nettement la neurogénèse [66, 67]. Dans un modèle de lésion démyélinisante induite par injection stéréotaxique de bromure d’éthidium dans le pédoncule cérébelleux du rat, il a été mis en évidence que l’administration systémique de progestérone n’a pas d’effet délétère sur le processus rapide de remyélinisation des jeunes rats adultes, mais, lorsque ce dernier se produit avec une efficacité moindre, comme c’est le cas chez le rat vieillissant, la progestérone est alors capable d’avoir un effet pro-remyélinisant.[62]
La progestérone joue un rôle important dans la myélinisation des axones par les oligodendrocytes, justifiant ainsi l’utilisation de cette hormone pour favoriser la réparation des gaines de myéline [68] : un essai clinique est un cours en France sur les patients atteints de sclérose en plaques (réseau EDMUS), avec la participation de l’UMR 488. Ce projet consiste aussi à montrer que la progestérone joue sur la prolifération et la différenciation des oligodendrocytes. Il est intéressant de noter que la progestérone et ses dérivés sont synthétisés dans les astrocytes. Tout comme pour l’EPO cette synthèse semble aussi modifier l’action des cellules gliales. [69]
La prolifération des précurseurs d’oligodendrocytes en cellules myélénisantes grâce à la progestérone [70 ] nous intéresse particulièrement pour l’étude que nous proposons.
En effet, dans la substance blanche, la myéline est produite par les oligodendrocytes. Chez l’homme, 4 stades de maturation de l’oligodendrocyte ont été décrits : la cellule progénitrice précoce d’oligodendrocyte , la cellule progénitrice tardive d’oligodendrocyte, l’oligodendrocyte immature et l’oligodendrocyte mature. Le deuxième stade est le stade dominant dans la dernière moitié de la grossesse ; c’est aussi le plus vulnérable aux processus d’hypoxie-ischémie cérébrale et aux stress oxydatifs jusqu’à la période de 32 semaines qui précède le début de la myélinisation.
La myélinisation est un processus essentiellement post-natal dont la mise en place dépend du stock en cellules progénitrices d’oligodendrocytes constitué pendant la deuxième moitié de la grossesse ; ces cellules sont particulièrement vulnérables à des facteurs hypoxiques, ischémiques et aux stress oxydatifs.
Les migrations neuronales sont terminées chez le foetus vers la 24ème semaine de grossesse. Comme nous l’avons observé chez l’adulte, on a montré la persistance d’une production neuronale dans l’hippocampe et le cortex olfactif, voire même dans le cortex, dans certaines situations pathologiques, et dans la moelle épinière.
Par contre, le contingent de neurones n’est pas fixé et on observe un processus physiologique d’élimination des neurones excédentaires qui se poursuit au-delà du sixième mois de grossesse et pourrait être accéléré sous l’effet de facteurs toxiques. Selon les régions cérébrales concernées, 15 à 50 % des neurones produits vont mourir et être phagocytés. 70 % de ces neurones seraient éliminés entre 28 et 41 semaines de terme (71). La fragmentation de l’ADN est une étape centrale de cette mort cellulaire programmée (ou apoptose). L’activité de certains gènes protecteurs, la disponibilité en facteurs neurotrophiques et l’activation du neurone par des signaux électriques issus d’autres neurones sont les facteurs influençant la mort cellulaire. La modulation des taux de calcium intra-cellulaire est un élément clé de ce processus biologique (72).
Cependant on s’aperçoit pendant la gestation que le taux d’EPO dans le SNC diminue après le sixième mois [44, 74] alors que parallèlement le taux de progestérone augmente et double (d’environ 80ng/ml à 160ng/ml) encore jusqu’à terme [75, courbe]
Cette phase de régression vise à supprimer les prolongements surnuméraires et permet d’obtenir des connections fonctionnelles entre les différentes structures cérébrales.
Dans ce contexte la progestérone pourrait jouer le rôle de régulateur en contrôlant les fonctions des différents circuits neuronaux [73] et participer à la formation de la myéline des axones dans la substance blanche et le SNC. Cette myélénisation commence justement au 6ème mois de grossesse.
Tout comme dans les cellules épithéliales amniotiques humaines, la progestérone augmente certainement le niveau du mRNA de l’EPO dans les cellules gliales. La suggestion est que la synthèse de l’EPO est stimulée par la progestérone, et il est ainsi fortement probable que la synthèse de l’EPO dans les cellules gliales soit également régulée par la progestérone. [76]
Le projet pré-clinique unique pour la régénération axonale et neuronale de la moelle épinière.
Au vu de ces données et suppositions nous voulons observer le résultat d’une combinaison de Neurogel, d’EPO et de progestérone dans le cadre d’une double section en T8 chez le rat.
La combinaison de l’EPO et de la progestérone n’a encore jamais été tentée.
Ces deux hormones sont présentes massivement durant l’embryogenèse.
Elles sont peut-être à la base de phénomènes en cascade dans le SNC dans l’optique d’une régénération médullaire.
Cette étude consistera à étudier, chez le rat, les récupérations comportementales et fonctionnelles après double section de la moelle épinière et greffe d’une matrice de croissance extracellulaire (le Neurogel®) associée à deux hormones : l’érythropoïétine (EPO) et la progestérone.
Pour tout contact à l’Association Neurogel en marche concernant cette étude.
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