La plupart d'entre nous savons que les neurones et d'autres cellules du système nerveux utilisent l'électricité pour communiquer. Mais ce que les scientifiques ont appris au cours des dernières décennies, c’est que toutes les cellules du corps le font, utilisant l’électricité pour se «parler» les unes aux autres et prendre des décisions en matière de croissance et de développement.
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Des chercheurs de l'Université Tufts ont découvert que la manipulation de la charge électrique des cellules peut augmenter la capacité d'un organisme à combattre les infections. Alors que la recherche portait sur les embryons de têtards, si le phénomène se maintenait chez l'homme, il pourrait constituer un nouveau moyen de combattre les maladies. Cela pourrait également permettre de trouver de nouveaux moyens de réparer les blessures, voire d'aider un jour à régénérer des parties du corps.
"La bioélectricité est une nouvelle direction étonnante en médecine qui va bien au-delà de l'infection", a déclaré Michael Levin, professeur de biologie à Tufts, qui a dirigé la recherche.
Chaque cellule d'un corps vivant contient une charge électrique infime, définie comme la différence entre des atomes chargés de part et d'autre de la membrane de la cellule. Levin, qui étudie ces charges depuis des années, a émis l’hypothèse que la dépolarisation des cellules - en réduisant la différence de charge entre l’intérieur et l’extérieur de la cellule - pourrait aider un corps à lutter contre l’infection.
Dans l'étude publiée aujourd'hui dans npj Regenerative Medicine, les chercheurs ont utilisé des médicaments pour dépolariser les cellules d'embryons de têtards. Ils ont ensuite infecté les embryons avec E. coli . Bien que 50 à 70% des têtards ordinaires infectés par E. coli soient décédés, seulement 32% des têtards contenant des cellules dépolarisées en sont morts.
Mais les chercheurs devaient encore s'assurer que les médicaments modifiaient réellement les charges électriques des cellules des têtards, et non pas seulement tuaient directement E. coli . Ils ont donc injecté à des cellules de têtard un ARN messager (ARNm) codé avec des informations permettant de dépolariser directement les cellules des têtards. Cette approche a fonctionné de la même manière que le traitement médicamenteux, suggérant qu'il s'agit de la dépolarisation et non des médicaments qui combattent l'infection.
"L'effet n'était pas sur les bactéries, mais sur l'hôte", dit Levin.
Il existe deux types de systèmes immunitaires présents chez tous les vertébrés, des têtards à l'homme. Il y a le système immunitaire adaptatif, qui fonctionne en étant exposé à un agent pathogène spécifique. Après avoir reçu un vaccin, le système immunitaire adaptatif «se souvient» de l'agent pathogène et peut lutter contre celui-ci si vous êtes à nouveau exposé. Il en va de même si vous êtes exposé à un agent pathogène à l'état sauvage, comme si vous attrapiez la varicelle. Le système immunitaire adaptatif sait comment le combattre, vous êtes donc beaucoup moins susceptible de l'attraper à nouveau. Mais le système immunitaire adaptatif ne fonctionne que sur les agents pathogènes qu'il reconnaît, il ne peut donc rien faire si vous êtes exposé à quelque chose de complètement nouveau. Ensuite, il y a le système immunitaire inné, qui se développe dès les premiers instants sous forme d'oeuf fécondé. Il attaque tout agent pathogène en utilisant des cellules sanguines spéciales et des médiateurs chimiques.
La dépolarisation fonctionne avec le système immunitaire inné, en l'aidant à rassembler un plus grand nombre de forces, telles que les macrophages (un type de globule blanc qui combattent les infections), nécessaires pour combattre les infections. La raison pour laquelle cela fonctionne n'est pas encore claire, mais cela a probablement un rapport avec la manipulation des voies utilisées pour communiquer avec le système immunitaire inné.
Il est également connu que le système immunitaire inné aide également les organismes à se régénérer et à réparer les tissus. Levin et son équipe savaient que les têtards amputés de la queue présentaient une dépolarisation de leurs cellules. Alors, assemblant les indices, ils se demandèrent si les têtards blessés seraient donc en mesure de mieux lutter contre l'infection. Ils ont donc amputé les queues de têtards et les ont infectés avec E. coli . En réalité, ces têtards étaient mieux à même de combattre l’infection.
Ce têtard n'a pas été infecté par E. coli. Son taux de leucocytes anti-infectieux est relativement faible (en rouge). (Touffes) 
Ce têtard a été infecté par E. coli après la dépolarisation de ses cellules. Son taux de leucocytes anti-infectieux est relativement élevé (en rouge). (Touffes) Mais cette technique de manipulation de la bioélectricité fonctionnera-t-elle chez l'homme?
«La principale technologie que nous utilisons, qui consiste à utiliser des médicaments ainsi que des ARNm à canaux ioniques pour dépolariser ces cellules, peut être utilisée dans n'importe quelle créature», déclare Levin. "En fait, nous l'avons fait dans des organismes comprenant des cellules humaines."
Certains des médicaments pouvant être utilisés pour dépolariser les cellules sont déjà approuvés pour les humains. Ils comprennent des antiparasitaires et des médicaments pour les arythmies cardiaques et les convulsions. Levin appelle ces médicaments «ionoceutiques», car ils modifient la polarisation de la cellule.
L'équipe se déplace sur des modèles de rongeurs. Si cela réussit, les tests sur l'homme pourraient être sur la route.
Cependant, il peut être difficile d'appliquer une méthode qui fonctionne avec les têtards embryonnaires à une méthode qui fonctionne avec des animaux non-embryonnaires. Les voies présentes au cours du développement embryonnaire qui permettent aux cellules d'être dépolarisées et d'activer le système immunitaire peuvent ne pas être présentes après la naissance.
«Que nous puissions ou non les réactiver sans effets néfastes inconnus», déclare Jean-François Paré, associé de recherche au laboratoire de Levin et premier auteur sur le papier.
En plus d'étudier les effets de la dépolarisation sur l'infection, le laboratoire de Levin étudie également comment la bioélectricité peut contribuer à lutter contre le cancer, à réparer les anomalies congénitales et même à régénérer des organes ou des membres. L'équipe émet l'hypothèse qu'il est possible de modifier la façon dont les cellules communiquent électriquement leurs décisions en matière de croissance et de développement, en les guidant dans la "décision" de reconstituer, par exemple, un doigt perdu.
«Nous travaillons à améliorer la capacité de régénération», a déclaré Levin. «L'objectif ultime est de pouvoir régénérer tout organe endommagé. Cela ressemble à de la science-fiction, mais à un moment donné, nous pourrons faire repousser ces choses-là. "
