Les chercheurs en physiologie humaine savent depuis longtemps que les cellules nerveuses individuelles, également appelées neurones, sont l’une des rares cellules ayant la capacité de se régénérer et de s’auto-réparer. Une cellule nerveuse transmet des signaux électriques via une longue saillie structurelle appelée son axone. Lorsque l’axone est blessé et se sectionne complètement, il commence à se régénérer et à croître vers son autre extrémité précédemment sectionnée. Au tournant du 21e siècle, on avait beaucoup appris sur le processus, mais avec une certitude scientifique limitée sur le mécanisme exact, les chercheurs ont surnommé ce domaine d’étude étroitement ciblé, le guidage axonal.
Une cellule nerveuse peut être décrite comme ayant trois parties. Le corps principal de la cellule, appelé son soma, comporte de nombreuses petites protubérances ramifiées appelées dendrites qui captent les signatures chimiques d’un signal électrique. Pour relayer le signal, le soma génère une charge électrique qui pulse le long d’une autre protubérance singulière, son axone. Qu’il s’agisse d’un motoneurone pour contrôler les mouvements musculaires ou d’un neurone sensoriel pour détecter un chatouillement cutané, un seul axone microscopiquement mince peut atteindre un orteil jusqu’à la base de la colonne vertébrale. La question fondamentale du guidage axonal est de savoir comment l’axone en croissance et en allongement actif d’un nerf trouve son chemin jusqu’à l’endroit terminal correct, extrêmement précis.
L’hypothèse erronée selon laquelle une cellule est préprogrammée en interne est rejetée, car chaque cellule contient le même ensemble d’instructions génétiques. La conclusion est qu’il doit s’agir d’un signal externe, principalement chimique, vers lequel un axone se dirige. Par conséquent, la pointe d’un axone en croissance doit contenir un récepteur pour reconnaître le signal. Les chercheurs pensent que c’est l’un des principaux moteurs du guidage axonal.
La pointe d’un axone en croissance ou en régénération s’appelle son cône de croissance. On a découvert que cela développait de très petites protubérances inhabituelles appelées filopodes qui entrent en contact avec les tissus environnants. Ils recherchent des produits chimiques appelés molécules d’adhésion cellulaire, que l’on trouve principalement sur les parois cellulaires de certains types de tissus, qui signalent à l’axone de s’adhérer à cet endroit et de poursuivre la recherche. Ainsi guidé, un axone en régénération peut croître de 0.08 à 0.2 pouce (2 à 5 mm) par jour.
Les chercheurs ont découvert que chaque filopode est non seulement attiré par certains produits chimiques, mais aussi repoussé par d’autres. La détection de ces produits chimiques accélère ou ralentit le taux de croissance des axones, et la détection relative de chaque filopode entraîne donc une croissance asymétrique. L’axone est guidé chimiquement pour croître dans des directions corrigées progressivement. Une difficulté avec ce modèle de guidage axonal, cependant, est que les chercheurs cataloguent de nombreux produits chimiques biologiques auxquels le cône de croissance réagit.
Tout naturellement, l’embryologie ou l’étude des premiers stades du développement d’un organisme, recoupe les recherches sur le guidage axonal. Une théorie dérivée de l’observation des œufs de poules et de grenouilles suggère que les axones se développent selon une topographie spatiale. La dispersion relative des signaux chimiques de la multitude de cellules nerveuses voisines agit comme une sorte d’alignement magnétique pour organiser la direction de croissance de l’axone. Une autre théorie note que la symétrie bilatérale de la plupart des animaux complexes nécessite que les axones rencontrent des points de décision, appelés commisures, pour les diriger dans des directions radicalement spécifiques comme la droite ou la gauche. Il existe des preuves de certains types de cellules appelées cellules de guidage qui incluent d’autres cellules nerveuses en croissance, qui ont cet effet.
Le système nerveux humain peut être subdivisé en le système nerveux central, composé du cerveau et de la moelle épinière, et le système nerveux périphérique qui se ramifie dans tout le corps. Il y a beaucoup à apprendre sur la façon dont les cellules nerveuses du cerveau et de la moelle épinière se régénèrent et se réparent. On suppose qu’une meilleure compréhension du processus plus facilement observable de régénération des nerfs périphériques conduira à des thérapies potentielles pour les lésions cérébrales et vertébrales.