introduction
Comme dis précédemment après nous être concentrés sur les solutions artificielles, nous nous concentrerons sur les solutions biologiques. Dans cette partie nous aborderons la médecine régénérative dans tous ces aspects. Nous ferons un point sur les recherches actuelles, et sur les organismes possédant des capacités se rapprochant de l'immortalité. Nous nous concentrerons ensuite sur les recherches et les études pouvant apporter un véritable espoir pour les personnes amputés. Enfin, nous ne pouvions l'éviter, nous étudierons la greffe de bras.
cas de resistance ou de régénération dans le règne animal
les tardigrades
Les tardigrades, parfois appelés oursons d’eau, sont une catégorie d’animaux invertébrés. Ils possèdent un corps découpé en quatre et protégé par une cuticule. Les tardigrades sont avant tout connus pour leur incroyable capacité à entrer en cryptobiose et donc de résister à des comportements extrêmes. Pour cela, les oursons d’eau se libèrent de près de 99 % de l’eau constituant leur corps, ils demeurent ainsi dans un état de non-vie dans lequel ils peuvent résister à des conditions où tout autre être ne vivant ne pourrait survivre. Cette perte d’eau est compensée par la synthèse d’un sucre, le tréhalose, qui vient remplacer l’eau à l’intérieur de leurs cellules. Ce sucre agit comme un antigel et préserve les cellules.
Ce tréhalose, à la différence des autres sucres composés d’un glucose et d’un fructose, celui-ci est composé de deux glucoses. Les propriétés physico-chimiques hors normes de ce sucre lui réservent de nombreuses applications, notamment la conservation d’organes en attente de transplantation. On a pu ainsi retrouver, dans des carottes de glace, des oursons d’eau vieux de 2000 ans en état de cryptobiose. Après ré-hydratation, certains ont pu reprendre un cycle de vie normal. La capacité incroyable du tardigrade repose donc sur un état particulier.
A l'échelle humaine, cette capacité pourrait être utilisée à des fins médicales, pour préserver certaines cellules ou tissus afin de les réutiliser ultérieurement.
Ce tréhalose, à la différence des autres sucres composés d’un glucose et d’un fructose, celui-ci est composé de deux glucoses. Les propriétés physico-chimiques hors normes de ce sucre lui réservent de nombreuses applications, notamment la conservation d’organes en attente de transplantation. On a pu ainsi retrouver, dans des carottes de glace, des oursons d’eau vieux de 2000 ans en état de cryptobiose. Après ré-hydratation, certains ont pu reprendre un cycle de vie normal. La capacité incroyable du tardigrade repose donc sur un état particulier.
A l'échelle humaine, cette capacité pourrait être utilisée à des fins médicales, pour préserver certaines cellules ou tissus afin de les réutiliser ultérieurement.
turritopsis dorhnii
Turritopsis dorhnii est une méduse d’environ 1 cm, pouvant vivre sur toute la surface du globe. Elle est souvent confondue avec la turritopsis nutricula ou turritopsis rubra. Mais seule la turritopsis dorhnii peut être définie comme immortelle. En effet, il s’agit d’un des seuls organismes vivants capable d’inverser son processus de vieillissement. En effet, cette méduse, peut, arrivée à un stade de maturité sexuel, déclencher un mécanisme de transdifférenciation pour revenir à un état d’immaturité.
Ce mécanisme complexe s’explique pourtant simplement. Une cellule, dans n’importe quel être vivant à une fonction programmée. Par exemple, une cellule du coeur produira des protéines nécessaires au fonctionnement du coeur, mais ne produira pas d’amylase, une protéine composante de la salive, qu’une cellule de la bouche fabriquerait. Le phénomène de transdifférenciation s’explique par une reprogrammation de ces cellules. Ainsi, une cellule de peau sera déprogrammée de sa fonction, pour arriver à un état neutre, où la cellule est “reprogrammable”. Souvent, ces cellules “reprogrammables “ sont appelées cellules-souches. Ces cellules-souches vont ensuite être reprogrammées en un type de cellule différent de celui initial, une cellule de foie par exemple.
Turritopsis dorhnii est donc capable d’utiliser la transdifférenciation pour transformer ces cellules matures en cellules immatures et ainsi revenir à un état plus jeune. Elle est capable, au vu des observations actuelles, de répéter ce processus indéfiniment. Ce phénomène est la base de toute régénération cellulaire majeure.
Ces deux animaux apportent la preuve que le règne animal est déjà doté de specimens possédants un métabolisme capable de défier le temps et/ou de se régénérer.
Turritopsis dorhnii est donc capable d’utiliser la transdifférenciation pour transformer ces cellules matures en cellules immatures et ainsi revenir à un état plus jeune. Elle est capable, au vu des observations actuelles, de répéter ce processus indéfiniment. Ce phénomène est la base de toute régénération cellulaire majeure.
Ces deux animaux apportent la preuve que le règne animal est déjà doté de specimens possédants un métabolisme capable de défier le temps et/ou de se régénérer.
Processus de régénération chez l'homme
les neurones de l'hippocampe
Une récente étude a permis de valider les résultats d'une ancienne expérience. Celle-ci mettait en évidence la régénération des neurones de l'hippocampe, une région du cerveau.
Cette étude repose sur l’étude du ratio entre carbone14/ carbone 12 dans les neurones. En effet, le carbone 14 est un isotope du carbone 12. Il est présent dans l’atmosphère en très petite quantité. Les essais nucléaires ont perturbés cet équilibres et ont libérés du carbone 14 dans l’atmosphère, modifiant le ratio. Depuis l'arrêt des essais, le taux de carbone 14 dans l’atmosphère décroît.
Au moment du processus de réplication cellulaire, le carbone 14 et le carbone 12 sont assimilés par l’organisme dans un ratio correspondant à l’atmosphère ambiante pour permettre la construction de la molécule d’ADN. Partant de ce principe, les scientifiques ont étudiés les cerveaux de 55 personnes décédées entre 19 et 92 ans. Après plusieurs années d’entraînement et d’essais, ils ont réussi à extraire seulement les neurones du gyrus denté de l’hippocampe (une partie à la base de l'hippocampe). Ils ont ainsi soumis le prélèvement à un accélérateur de particules pour déterminer les quantités en carbone 12 et 14. Grâce aux calendriers précédemment établis, ils ont pu estimer l’ancienneté des cellules cérébrales. Selon leur résultat, il s'avèrerait que, chaque jour, 1400 neurones de l’hippocampe sont ainsi renouvelés. Sur un an, 1.75 % de l’hippocampe pourrait se régénérer. La fonction de cette neurogénese n’a pas pu être totalement identifiée.
Cela montre qu’il existe déjà certains processus de régénération chez l’homme.
Cela montre qu’il existe déjà certains processus de régénération chez l’homme.
solutions de régénération future
la protéine lin28a
La protéine Lin28a est une protéine produite essentiellement au début de la formation de l’embryon chez les mammifères. Cette protéine, pourrait être responsable du bon développement de l’embryon en favorisant la génération de tissus. Il a été démontré par une étude de chercheurs de Singapour que la protéine Lin28a a des vertus très intéressante en matière de médecine ré-générative. En effet, la synthèse de cette protéine ne se fait qu’a un stade du développement embryonnaire. Cependant, ces chercheurs ont montré que cette protéine, en étant de nouveau présente dans l’organisme (par injection ou réactivation du gène), favorisait le repousse des cheveux, la régénération de l’oreille et du bouts des doigts. Cette protéine se fixe sur l’ARNm et influe ensuite sur sa traduction par les ribosomes.
En effet, une cellule compose tout organisme vivant sur Terre. Un être humain est composé de plusieurs milliards de cellules. Une cellule a une vie propre à elle-même et qui peut se diviser en quatre phases : la phase G1, la phase S, la phase G2 et la phase M. La phase G1 correspond à un état ou la cellule remplit sa fonction et produit des protéines. La phase S est une phase de réplication ou la cellule réplique l’ADN situé à l’intérieur de son noyau. L’ADN est une molécule qui renferme toutes les caractéristiques d’un être humain sous la forme de gène. La phase G2 est une autre phase ou la cellule produit des protéines et remplit normalement sa fonction. Enfin, la phase M correspond à la division de la cellule, dit cellule mère en deux cellules filles parfaitement identiques à la cellule mère.
Lors des phases G1 et G2, la cellule synthétise des protéines. L’ADN, une sorte de molécule renfermant un code, est décodée par une autre molécule appelée ARN polymérase. Cette molécule synthétise l’ARN messager, grâce à des ribonucléotides qu’elle trouve dans le noyau de la cellule. Cette ARN messager transporte alors l’information issue d’une partie de l’ADN, que l’on appelle gène, dans le cytoplasme de la cellule où elle rencontrera des ribosomes. Ces ribosomes sont de petits organisme qui vont décoder cet ARN messager et qui vont synthétiser des protéines en suivant les instructions de cette même molécule. La protéine Lin28a, encodée par le gène Lin28, se fixe sur l’ARN messager chargé de la synthèse de la protéine IGF-2. Ceci va entraîner une synthèse plus importante de la protéine IGF-2, une protéine dérivée de l’insuline. Tout ce processus serait responsable, selon des chercheurs, de la régénération chez l’embryon.
Cette protéine est donc un véritable espoir en ce qui concerne la régénération. Elle permettrait notamment la régénération des membres sillon arrive à contrôler et à comprendre son fonctionnement total.
En effet, une cellule compose tout organisme vivant sur Terre. Un être humain est composé de plusieurs milliards de cellules. Une cellule a une vie propre à elle-même et qui peut se diviser en quatre phases : la phase G1, la phase S, la phase G2 et la phase M. La phase G1 correspond à un état ou la cellule remplit sa fonction et produit des protéines. La phase S est une phase de réplication ou la cellule réplique l’ADN situé à l’intérieur de son noyau. L’ADN est une molécule qui renferme toutes les caractéristiques d’un être humain sous la forme de gène. La phase G2 est une autre phase ou la cellule produit des protéines et remplit normalement sa fonction. Enfin, la phase M correspond à la division de la cellule, dit cellule mère en deux cellules filles parfaitement identiques à la cellule mère.
Lors des phases G1 et G2, la cellule synthétise des protéines. L’ADN, une sorte de molécule renfermant un code, est décodée par une autre molécule appelée ARN polymérase. Cette molécule synthétise l’ARN messager, grâce à des ribonucléotides qu’elle trouve dans le noyau de la cellule. Cette ARN messager transporte alors l’information issue d’une partie de l’ADN, que l’on appelle gène, dans le cytoplasme de la cellule où elle rencontrera des ribosomes. Ces ribosomes sont de petits organisme qui vont décoder cet ARN messager et qui vont synthétiser des protéines en suivant les instructions de cette même molécule. La protéine Lin28a, encodée par le gène Lin28, se fixe sur l’ARN messager chargé de la synthèse de la protéine IGF-2. Ceci va entraîner une synthèse plus importante de la protéine IGF-2, une protéine dérivée de l’insuline. Tout ce processus serait responsable, selon des chercheurs, de la régénération chez l’embryon.
Cette protéine est donc un véritable espoir en ce qui concerne la régénération. Elle permettrait notamment la régénération des membres sillon arrive à contrôler et à comprendre son fonctionnement total.
la voie ERK
Toutefois, le véritable espoir de pouvoir un jour observer un humain développer des capacités régénératives repose sur les recherches faîtes autour de la salamandre. La salamandre regroupe en réalité plusieurs espèce, chacune ayant la capacité de régénérer complètement des membres abimés ou amputés. Les capacités de régénération ne s’arrêtent cependant pas là, elles sont également capables de réparer des organes complexes comme le coeur ou le foie lorsque que ceux ci sont abimés. Le mécanisme profond de cette capacités reste cependant mystérieux et seuls quelques pistes, tentent d’approcher un embryon de réponse et ainsi résoudre le puzzle.
Une piste explique cette régénération par le principe de reprogrammation des cellules, que l’on nommera ici ERK (Extracellular signal-regulated Kinases), pour Régulation du signal Extracellulaire des Kinases). Chez les vertébrés, les cellules musculaires se forment par fusion de cellules en myotubes qui comptent plusieurs noyaux. La cellule différenciée est alors bloquée dans son cycle et ne peut plus se diviser. Pourtant, les myotubes de la salamandre peuvent, eux, redémarrer un cycle cellulaire… Comment est-ce possible ?
La voie ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase) représente une famille de protéines kinases dites MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases), qui joue un rôle important dans la progression du cycle cellulaire. Grâce à cette voie ERK, des protéines de la surface de la cellule peuvent transmettre un signal au noyau. Or, chez les mammifères, l’activation de la voie ERK stimule la prolifération cellulaire, d’où l’idée qu’elle puisse intervenir dans la régénération de la salamandre.
Les chercheurs ont étudié des cellules de myotubes A1 de salamandre Notophtalmus viridescens. En culture, ces cellules peuvent redémarrer un cycle cellulaire par une activation avec du sérum. En utilisant des inhibiteurs de la voie ERK, les chercheurs ont montré que la voie ERK agissait en réduisant l’activité de p53, une protéine anti-oncogène, qui bloque le cycle cellulaire. De plus, la stimulation des cellules par le sérum conduit à une réduction de moitié des niveaux de Sox6, une protéine impliquée dans la formation des muscles. Or, l’inhibition d’ERK annulait cet effet sur Sox6 : la voie ERK doit donc favoriser la réduction de Sox6.
Enfin, en travaillant sur des myotubes de souris, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient activer de manière transitoire la voie ERK, mais pas à long terme comme chez la salamandre. Voilà qui expliquerait pourquoi les mammifères ne peuvent pas reconstruire des membres. En induisant de manière soutenue cette voie ERK chez un mammifère, pourrait-on favoriser la régénération des tissus ?
Une piste explique cette régénération par le principe de reprogrammation des cellules, que l’on nommera ici ERK (Extracellular signal-regulated Kinases), pour Régulation du signal Extracellulaire des Kinases). Chez les vertébrés, les cellules musculaires se forment par fusion de cellules en myotubes qui comptent plusieurs noyaux. La cellule différenciée est alors bloquée dans son cycle et ne peut plus se diviser. Pourtant, les myotubes de la salamandre peuvent, eux, redémarrer un cycle cellulaire… Comment est-ce possible ?
La voie ERK (Extracellular signal-Regulated Kinase) représente une famille de protéines kinases dites MAPK (Mitogen-Activated Protein Kinases), qui joue un rôle important dans la progression du cycle cellulaire. Grâce à cette voie ERK, des protéines de la surface de la cellule peuvent transmettre un signal au noyau. Or, chez les mammifères, l’activation de la voie ERK stimule la prolifération cellulaire, d’où l’idée qu’elle puisse intervenir dans la régénération de la salamandre.
Les chercheurs ont étudié des cellules de myotubes A1 de salamandre Notophtalmus viridescens. En culture, ces cellules peuvent redémarrer un cycle cellulaire par une activation avec du sérum. En utilisant des inhibiteurs de la voie ERK, les chercheurs ont montré que la voie ERK agissait en réduisant l’activité de p53, une protéine anti-oncogène, qui bloque le cycle cellulaire. De plus, la stimulation des cellules par le sérum conduit à une réduction de moitié des niveaux de Sox6, une protéine impliquée dans la formation des muscles. Or, l’inhibition d’ERK annulait cet effet sur Sox6 : la voie ERK doit donc favoriser la réduction de Sox6.
Enfin, en travaillant sur des myotubes de souris, les chercheurs ont montré qu’ils pouvaient activer de manière transitoire la voie ERK, mais pas à long terme comme chez la salamandre. Voilà qui expliquerait pourquoi les mammifères ne peuvent pas reconstruire des membres. En induisant de manière soutenue cette voie ERK chez un mammifère, pourrait-on favoriser la régénération des tissus ?
la greffe
Une greffe est une opération chirurgicale consistant à remplacer un organe malade par un organe sain, appelé greffon et provenant d’un donneur compatible avec le malade. Les principaux organes transplantés sont le coeur, les poumons, le foie, les reins… Cependant, comme on le sait tous la médecine évolue, en effet il est aujourd’hui possible de greffer des membres, au même stade que les organes. Nous allons donc nous concentrer sur la greffe des bras. Dans toutes greffes d’organes, il existe des risques, le plus important est le risque de rejet du patient, son organisme peut identifier le nouveau membre comme un corps étranger et le rejeter. Cependant il existe un traitement novateur pour éviter ce rejet, il consiste à greffer des cellules de moelle osseuse du donneur au patient. Cette technique réduit considérablement la prise de traitements difficiles. Aussi, un organe ne peut être transplanté si et seulement si l’organe est parfaitement compatible au niveau du groupe sanguin et du type d’antigènes du patient. Le sexe, l’ethnicité et la couleur de peau sont aussi pris en compte. Gabriel Granados (ci-dessus), un mexicain, amputé des deux bras suite à un accident de travail a eu la chance de bénéficier de deux bras d’un donneur tué par une balle. L’opération a nécessité une équipe de 20 praticiens, dont cinq chirurgiens plastiques, trois anesthésistes et cinq infirmières pour une durée totale de 17 heures. Une telle opération est particulièrement complexe car transplanter des bras implique de reconnecter les membres à tous les niveaux : l'os doit être fixé, les artères et veines reliées, de même pour les tendons, les nerfs et les muscles. De plus, les chirurgiens doivent être parfaitement entraînés avant d'effectuer une greffe de bras.
Voici le protocole type d'une transplantation de bras:
En premier lieu, les os du greffon et du receveur sont soudés ensemble par des plaques et des vis. C'est ce que l'on appelle l'ostéosynthèse. Place ensuite à la revascularisation, les vaisseaux sont suturés ensemble, ce qui redonne vie au greffon. Ensuite, les nerfs sont reconnectés ensemble, puis les muscles et les ligaments. Enfin, la peau est suturé et de la peau provenant du receveur est rajouté par dessus, pour couvrir et protéger les réparations sous-jacentes.
Après l'opération, le patient se voit obligé de suivre un traitement anti-rejet. Ce traitement consiste à placer le patient sous immunosuppresseurs. Ces immunosuppresseurs vont éliminer ses défenses immunitaires. En effet, le phénomène de rejet, craint dans toutes les greffes, est du au système immunitaire du patient qui détecte que le greffon n'appartient pas à son corps. Il se met alors à l'attaquer. La suppression de défenses immunitaires va donc empêcher ce phénomène de rejet et va habituer l'organisme à la transplantation.
Voici le protocole type d'une transplantation de bras:
En premier lieu, les os du greffon et du receveur sont soudés ensemble par des plaques et des vis. C'est ce que l'on appelle l'ostéosynthèse. Place ensuite à la revascularisation, les vaisseaux sont suturés ensemble, ce qui redonne vie au greffon. Ensuite, les nerfs sont reconnectés ensemble, puis les muscles et les ligaments. Enfin, la peau est suturé et de la peau provenant du receveur est rajouté par dessus, pour couvrir et protéger les réparations sous-jacentes.
Après l'opération, le patient se voit obligé de suivre un traitement anti-rejet. Ce traitement consiste à placer le patient sous immunosuppresseurs. Ces immunosuppresseurs vont éliminer ses défenses immunitaires. En effet, le phénomène de rejet, craint dans toutes les greffes, est du au système immunitaire du patient qui détecte que le greffon n'appartient pas à son corps. Il se met alors à l'attaquer. La suppression de défenses immunitaires va donc empêcher ce phénomène de rejet et va habituer l'organisme à la transplantation.
conclusion
La régénération est une branche complète de la biologie. De nombreux projets sont en développement et permettront à terme de régénérer certains tissus humains et animals et ainsi allonger l’espérance de vie des espèces concernées. Cependant, des résultats concrets et une application aux humains ne peut être attendue avant plusieurs décénnies. Dans le cadre de notre recherche, la médecine régénérative est encore beaucoup trop mystérieuse pour s’appliquer aux personnes ayant un membre amputé. Toutefois, si un jour on découvre le moyen de transposer cette régénération animale aux hommes, ce sera une révolution médicale sans précédent dans l’histoire. Cette médecine reste donc très prometteuse mais il va falloir être patient pour en bénéficier. La dernière partie de ce TPE fait référence à nos travaux pratique. En effet, pour illustrer tous nos propos nous avons décider de fabriquer une prothèse mécanique (type Cyborg Beast) et une prothèse bionique.