Étude sur la régénération des nerfs périphériques basée sur des membranes de nanofibres multi-gradient MgO/MgCO₃/PCL

Contexte académique

Les défauts des nerfs périphériques sont un problème orthopédique complexe et courant en clinique, et les traitements actuels ont une efficacité limitée. La prolifération insuffisante et la dysfonction des cellules de Schwann dans les échafaudages nerveux sont des facteurs clés affectant l’efficacité de la réparation nerveuse. Les ions magnésium (Mg²⁺) jouent un rôle important dans la régénération des nerfs périphériques, mais les matériaux biomatériaux à base de magnésium traditionnels souffrent d’une libération trop rapide des ions magnésium, ce qui rend difficile leur action soutenue dans les phases intermédiaires et tardives de la régénération nerveuse. De plus, les mécanismes moléculaires par lesquels les échafaudages nerveux à base de magnésium modulent la régénération des nerfs périphériques ne sont pas clairement compris. Par conséquent, le développement d’un matériau d’échafaudage nerveux capable de libérer de manière soutenue des ions magnésium, ainsi que l’élucidation de son mécanisme d’action, sont d’une importance cruciale pour améliorer l’efficacité de la réparation des nerfs périphériques.

Source de l’article

Cet article a été co-écrit par Zhi Yao, Ziyu Chen, Xuan He et plusieurs autres auteurs, affiliés à des institutions telles que l’Hôpital de Pékin à Shenzhen et l’Université chinoise de Hong Kong. L’article a été publié en ligne le 8 novembre 2024 dans la revue Advanced Fiber Materials (volume 7, 2025, pages 315-337), sous le titre “Bioactive MgO/MgCO₃/Polycaprolactone Multi-Gradient Fibers Facilitate Peripheral Nerve Regeneration by Regulating Schwann Cell Function and Activating Wingless/Integrase-1 Signaling”.

Processus et résultats de la recherche

1. Conception de l’étude

Cette étude a utilisé la technologie d’électrofilage pour préparer des membranes de nanofibres multi-gradient MgO/MgCO₃/polycaprolactone (PCL), visant à réaliser une libération soutenue d’ions magnésium en ajustant les proportions et concentrations de MgO et MgCO₃. La recherche a été divisée en plusieurs étapes : - Préparation des matériaux : Le PCL a été mélangé à différentes proportions de MgO et MgCO₃, et des membranes de nanofibres à trois couches ont été préparées par électrofilage. - Expériences in vitro : La structure des fibres a été analysée par microscopie électronique à balayage (SEM), les courbes de libération des ions magnésium ont été mesurées, et des cultures cellulaires ont été effectuées pour évaluer l’impact du matériau sur la prolifération et la migration des cellules de Schwann. - Expériences animales : Les fibres multi-gradient préparées ont été combinées à un conduit nerveux PCL imprimé en 3D et implantées dans un modèle de défaut du nerf sciatique de 10 mm chez le rat, afin d’évaluer l’efficacité de la régénération nerveuse.

2. Préparation et caractérisation des matériaux

En ajustant les proportions de MgO et MgCO₃, trois concentrations différentes de membranes de nanofibres multi-gradient (10 %, 20 % et 30 % MgO/MgCO₃/PCL) ont été préparées avec succès. Les résultats expérimentaux ont montré que le groupe 10 % MgO/MgCO₃/PCL présentait la libération d’ions magnésium la plus stable et efficace sur une période de 6 semaines. L’analyse SEM a révélé que le diamètre des fibres variait entre 126,8 nm et 253,6 nm, et que des nanoparticules de MgO/MgCO₃ étaient distribuées à la surface des fibres. Les tests d’angle de contact ont montré que la mouillabilité de surface des matériaux ne différait pas de manière significative entre les groupes, indiquant que la libération d’ions magnésium était le mécanisme principal pour promouvoir la régénération nerveuse.

3. Expériences in vitro

Dans les expériences in vitro, l’étude a d’abord évalué l’effet des ions magnésium sur la croissance des neurites en utilisant des cultures de ganglions de la racine dorsale (DRG). Les résultats ont montré que des concentrations de 10 mM et 20 mM d’ions magnésium favorisaient significativement l’extension des neurites des DRG. De plus, en utilisant des cultures primaires de cellules de Schwann, l’étude a révélé que les ions magnésium pouvaient stimuler la prolifération et la conversion phénotypique des cellules de Schwann, les transformant en cellules de Schwann réparatrices (Reparative Schwann Cells, RSCs). L’analyse de l’expression génique a montré que les ions magnésium régulaient à la hausse l’expression de diverses molécules guidant les axones (comme Netrins, Ephrins) et de facteurs neurotrophiques (comme NGF, BDNF).

4. Expériences animales

Dans le modèle de défaut du nerf sciatique chez le rat, les fibres multi-gradient ont été combinées à un conduit nerveux PCL et implantées sur le site du défaut. Les évaluations à 6 et 12 semaines post-opératoires ont montré que le groupe 10 % MgO/MgCO₃/PCL présentait les meilleurs résultats en termes de régénération nerveuse, avec une amélioration significative de la régénération des axones, de la remyélinisation et de la réinnervation musculaire. Les colorations histologiques et les analyses par microscopie électronique à transmission (TEM) ont en outre confirmé que le groupe 10 % MgO/MgCO₃/PCL surpassait les autres groupes en termes d’épaisseur de la myéline et de nombre d’axones.

5. Étude des mécanismes moléculaires

Grâce au séquençage du transcriptome et à l’analyse par Western blot, l’étude a révélé que les ions magnésium régulaient la fonction des cellules de Schwann en activant la voie de signalisation Wnt. Plus précisément, les ions magnésium régulaient à la hausse l’expression de Wnt5a, β-catenin et CREB, favorisant ainsi la prolifération et la migration des cellules de Schwann. De plus, les ions magnésium inhibaient l’influx de calcium (Ca²⁺), atténuant l’activité de la voie Wnt/Ca²⁺ et renforçant ainsi l’effet de la voie Wnt/β-catenin.

Conclusion et signification

Cette étude a réussi à développer un matériau d’échafaudage nerveux basé sur des membranes de nanofibres multi-gradient MgO/MgCO₃/PCL, capable de libérer de manière contrôlée des ions magnésium et de favoriser significativement la régénération nerveuse dans un modèle de défaut du nerf sciatique chez le rat. La recherche a élucidé les mécanismes moléculaires par lesquels les ions magnésium régulent la fonction des cellules de Schwann via l’activation de la voie de signalisation Wnt, fournissant une base théorique importante pour les applications cliniques des échafaudages nerveux à base de magnésium. Ce matériau présente des avantages tels qu’un faible coût de préparation, une haute efficacité et une large adaptabilité, démontrant le potentiel énorme des biomatériaux à base de magnésium dans le traitement des maladies du système nerveux.

Points forts de la recherche

1. Conception innovante des matériaux : En ajustant les proportions de MgO et MgCO₃, une libération contrôlée des ions magnésium a été réalisée, résolvant le problème de libération trop rapide des matériaux à base de magnésium traditionnels.
2. Étude approfondie des mécanismes : Pour la première fois, les mécanismes moléculaires par lesquels les ions magnésium régulent la fonction des cellules de Schwann via la voie de signalisation Wnt ont été élucidés.
3. Effet significatif sur la régénération nerveuse : Dans le modèle animal, le groupe 10 % MgO/MgCO₃/PCL a montré les meilleurs résultats en termes de régénération nerveuse, fournissant un soutien solide pour les applications cliniques.

Autres informations utiles

Les limites de cette étude incluent l’incapacité à mesurer la concentration réelle d’ions magnésium dans le microenvironnement local de la régénération nerveuse. Les recherches futures pourraient optimiser la conception des matériaux et intégrer des composants actifs tels que des médicaments et des cellules pour améliorer davantage l’efficacité thérapeutique des échafaudages nerveux à base de magnésium.