La fabrication de neurones moteurs humains à partir de cellules souches s'accélère

Des chercheurs d'I-stem ont réussi à accélérer le processus de fabrication des neurones moteurs pour avancer plus rapidement dans la compréhension de maladies telles que l'amyotrophie spinale ou la Sclérose latérale amyotrophique (SLA).

Des chercheurs de l'Institut des cellules Souches pour le Traitement et l'Etude des maladies Monogéniques (I-Stem - Inserm/AFM/UEVE), en collaboration le CNRS et l'Université Paris Descartes, viennent de développer une nouvelle approche pour mieux contrôler la différenciation des cellules souches pluripotentes humaines et ainsi fabriquer en seulement 14 jours différentes populations de motoneurones à partir de ces cellules. 

Les motoneurones qui innervent les fibres musculaires sont essentiels à la motricité. Leur dégénérescence dans de nombreuses pathologies entraine une paralysie et dans de nombreux cas le décès des patients. 

Les cellules souches pluripotentes humaines ont la capacité de donner naissance à toutes les cellules de l’organisme. Comprendre et contrôler leur potentiel de différenciation in vitro offre des opportunités sans précédent à la fois en médecine régénératrice mais également pour avancer dans l'étude des mécanismes physiopathologiques et la recherche de stratégies thérapeutiques. Cependant, le développement et la concrétisation de ces applications cliniques sont souvent limités par l’incapacité à obtenir, de manière efficace et ciblée, des cellules spécialisées telles que les neurones moteurs à partir de cellules souches pluripotentes humaines. Cette inefficacité est en partie due à une mauvaise compréhension des mécanismes moléculaires contrôlant la différenciation de ces cellules.

Les chercheurs de l'Inserm à l'Institut des cellules Souches pour le Traitement et l'Etude des maladies Monogéniques (I-Stem - Inserm/AFM/UEVE) en collaboration le CNRS et l'Université Paris-Descartes ont développé une approche innovante pour étudier la différenciation des cellules souches humaines et ainsi produire de façon optimale de multiples types cellulaires.

"La différenciation ciblée des cellules pluripotentes humaines est souvent un processus long et peu efficace. C'est le cas pour obtenir des neurones moteurs qui sont pourtant touchés dans de nombreuses maladies. Aujourd'hui, nous obtenons ces neurones avec notre approche en seulement 14 jours, quasiment deux fois plus vite qu’auparavant, et ceci avec une homogénéité rarement atteinte." explique Cécile Martinat, chargée de recherche Inserm à l'I-Stem.

L’approche devrait à moyen terme contribuer à mettre au point des traitements pour de maladies paralysantes telles que l’amyotrophie spinale infantile ou la sclérose latérale amyotrophique."Disposer rapidement de grandes quantités de neurones sera utile pour tester un nombre conséquent de molécules pharmacologiques en vue d'identifier celles qui sont capables d’éviter la mort des motoneurones" conclut Cécile Martinat.

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Un ingénieur invente sa propre prothèse bionique

Un ingénieur de la célèbre université américaine du MIT a fabriqué sa propre jambe bionique à partir de bois et de métal tout simplement. Sa prothèse lui permet d’effectuer des gestes si naturels que l’on pourrait croire que cette personne est valide.

Hugh Herr est un inventeur heureux. L’entendre parler de son handicap est une véritable leçon de vie pour tous. Après avoir perdu l’usage de ses deux jambes à l’adolescence au cours d’une excursion en montagne qui a mal tourné, il ne voit plus l’avenir tout à fait pareil.

Cet ingénieur / designer / directeur du laboratoire de biomécatronique du MIT a créé sa propre entreprise, BiOM, spécialisée dans les membres bioniques, et anciennement appelée iWalk. En s’appuyant sur le matériel de son laboratoire, imprimantes 3D et logiciels de CAO entre autres, il a créé cette prothèse avancée possédant deux microprocesseurs et douze capteurs.

Encore au stade de prototype, ce robot permet d’effectuer des gestes naturels mais ne permet pas à son utilisateur de ressentir des sensations. Il faudra encore un peu de temps aux chercheurs avant de pouvoir relier l’appareil au système nerveux de son porteur.

Mais dès cette version, Hugh Herr a tenu à développer un produit adaptable à toutes les personnes et facile à porter. Il n’y a pas de mode d’emploi, se plait à rappeler son inventeur.

Le système se base sur une intelligence artificielle qui interprète les informations des capteurs pour maintenir en équilibre la personne sans qu’elle n’ait à produire aucun effort.

Pour l’instant, Hugh Herr a créé huit différentes paires de jambes bioniques pour des usages spécifiques : une pour marcher, une autre pour la course ou encore une pour l’escalade en montagne. Dans l’idéal, il envisage de combiner ces différentes prothèse en une seule capable d’être polyvalente.

Une prochaine étape consistera à développer une nouvelle batterie pour améliorer les performances de l’appareil capable d’atteindre actuellement une limite de trois mille pas. Même objectif au niveau des joints : renforcer leur durée de vie ne dépassant pas les cinq ans sur le modèle actuel.

Le MIT et Biom ont investi 50 millions de dollars dans ce projet. Ils étudient également des modèles d’exosquelettes qui se connectent au corps humain de manière moins contraignante qu’une prothèse bionique. Une fois validés, le MIT compte mettre à disposition les codes et les modèles 3D de ses membres robotisés pour élargir l’accès à tous. (Lire notre article sur la robotique pour tous au MIT).

Hugh Herr est persuadé que dans un futur proche, être handicapé ne signifiera plus rien. Il pense que les gens comme lui assumeront leur handicap et seront même fiers de porter ce type de prothèses.

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Cybathlon : les premières olympiades pour athlètes bioniques en 2016

La première compétition de Jeux Bioniques va avoir lieu en 2016 en Suisse. Il s’agira de la toute première fois que s’affronteront des athlètes de haut niveau augmentés par des prothèses bioniques. L’objectif principal est de sensibiliser les foules aux potentiels des membres artificiels.

La technologie et le sport ont toujours fait bon ménage. Ces dix derniers années, on a vu poussé sur les terrains, les pistes d’athlétisme et les piscines des nouveaux équipements bénéficiant des dernières avancées en matière d’aérodynamisme et de capteurs.

Des performances augmentées à la tricherie il n’y a qu’un pas. La frontière est si mince que certains commencent à se poser des questions. A partir de quel moment la technologie prend le pas sur les performances véritables de l’athlète ? Dans quelle mesure un athlète augmenté est-il favorisé par rapport à un athlète valide ?

Ainsi, nous avons connu des jours comme ce 4 août 2012 où un athlète est entré dans l’histoire. Oscar Pristorius. Ce jour là, il devient le premier athlète amputé à courir aux côtés d’athlètes valides dans l’épreuve du 400 mètres aux Jeux olympiques de Londres. Plus récemment, pendant les J.O. d’hiver 2014 de Sotchi, certains juges se sont plaint des équipements de certains athlètes jugés trop augmentés grâce à une technologie de nanofibres imaginée par les ingénieurs de Lockheed Martin.

Au fur et à mesure que la technologie assistive progresse, il va être de plus en plus difficile de distinguer les performances de chacun. En particulier chez les athlètes handicapés qui utilisent déjà, pour la grande majorité d’entre eux, des prothèses artificielles. Mais attention : les handisports sont réglementés et les athlètes n’ont pas le droit de porter n’importe quel type de membre artificiel, pour assurer une équité entre tous les participants.

Cybathlon : la médaille d’or pour la technologie

La Suisse accueillera donc dans deux ans, la première compétition olympique pour cyborgs, le Cybathlon, qui aura lieu à Zurich, le 8 octobre 2016. La compétition a pour objectif de promouvoir les biotechnologies au sens large et toutes les formes de vies augmentées.

Pour chaque épreuve du Cybathlon, deux médailles seront décernées : une à l’athlète et l’autre pour l’équipe de recherche ou l’entreprise qui aura fabriqué le système d’assistance robotisé. Celui-ci pourra être une prothèse myoélectrique, dont le fonctionnement est assuré par des électrodes recueillant les contractions musculaires de l’athlète, un exosquelette, un fauteuil roulant, ou encore des technologies plus futuristes comme les interfaces cerveau-machine.

L’évènement est soutenu, entre autres, par le Pôle de Recherche National Suisse en Robotique, le NCCR Robotics.

Les six épreuves du Cybathlon en illustration

L’épreuve pour bras bioniques
Les coureurs amputés de l’avant-bras ou du bras seront équipés d’exoprothèses et devront effectuer deux parcours avec obstacles le plus rapidement possible.

L’épreuve BCI brain computer interface
Dans cette épreuve, les participants tétraplégiques seront équipés d’interfaces cerveau-machine qui leur permettront de contrôler un avatar avec la pensée. L’avatar virtuel participera à un jeu vidéo de course à cheval ou de voitures.

La course de cyclisme
Pour les participants souffrant de traumatismes médullaires, une course de vélo avec des appareils à stimulation électrique fonctionnelle aura lieu. Ce type d’appareil permet aux personnes malades d’effectuer des mouvements de pédalage en position couchée.

L’épreuve d’athlétisme
L’épreuve reine sera également représentée : une course pour les personnes portant des jambes bioniques. La piste comportera même des obstacles.

Course d’exosquelettes
Les personnes marchant à l’aide d’un exosquelette pourront participer à cette course où des obstacles tels que des marches, un tronc d’arbre ou des terrains inclinés les attendront.

Course de fauteuils roulants
Les personnes sur fauteuil roulant électrique pourront se mesurer au cours d’un parcours où des portes seront à franchir et des obstacles à éviter.

Les personnes concourant avec des technologies récentes auront un certains avantage sur leurs adversaires qui utiliseraient une technologie d’assistance moins avancée ou classique, précisent les organisateurs du Cybathlon. Afin d’encourager un maximum de constructeurs et de laboratoires de recherche, les spécifications techniques exigées seront peu contraignantes.

Le Cybathlon va concrétiser ce que des projets comme Exo-Racers et Prosthesis ont imaginé : de véritables courses de robots. Voici le film de présentation : A vos marques, prêts, feu, partez !

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L’exosquelette Ekso fait remarcher une femme après un grave accident

Quatre ans après s’être fait renversée par une voiture, et la laissant paraplégique à l’âge de 16 ans, Amy Paradis vient de renaître une seconde fois. Ses mèdecins étaient formels, Amy ne pourrait plus remarcher de sa vie. Grâce à l’exosquelette bionique Ekso, Amy recommence à faire usage de ses jambes et reprend goût à la vie.

Amy Paradis se souviendra toute sa vie de ce lundi matin. La première chose qu’elle a fait ce jour-là, raconte le National Post, est de se tenir debout. Puis, sa lèvre a commencé à trembler et elle s’est mise à pleurer. Rapidement, ce fut le tour de sa mère, son entraîneur ainsi que toutes les personnes présentes dans sa chambre. La voir, ou la revoir se tenir sur ses deux jambes relevait tout simplement de l’impossible jusqu’à ce jour. Puis, Amy Paradis a avancé d’un pas, puis d’un autre… puis elle en a effectué 336 dans les heures qui ont suivi, jusqu’à épuisement physique et mental.

Amy Paradis doit tout à son appareil bionique. Une tenue qui pourrait sortir tout droit d’un film de science-fiction. Sauf que de nos jours, les exosquelettes ont progressé et commencent à être commercialisés. Celui-ci a été imaginé par le laboratoire de robotique de l’Université de Berkley en Californie. Pour l’instant, il existe soixante-quinze exemplaires de ce modèle dans le monde.

Amy Paradis ne devait jamais remarcher. Oui, mais cela était encore vrai à une époque où la rupture technologique était une notion encore floue voire inexistante. C’était sans compter également sur ce laboratoire de recherche, financé par le ministère de la Défense des Etats-Unis pour développer une tenue de combat révolutionnaire qui permettrait aux militaires de se soulager de quelques centaines de kilos de matériel sur de longues distances. C’est ce même laboratoire qui a, par la suite, adapté son exosquellete pour le monde civil, afin de mettre définitivement au placard le bon vieux fauteil roulant si encombrant et peu pratique.

Ekso Bionics fêtera l’an prochain ses dix ans d’existence. Fondée en 2005 par Dr. Homayoon Kazerooni, Russ Angold et Nathan Harding sous le nom de Berkeley Bionics, cette entreprise spécialisée dans la robotique médicale commercialise l’exosquelette Ekso™ depuis février 2012.

L’Ekso™ est un exosquelette d’une vingtaine de kilos que le porteur attache à l’aide de sangles au niveau du dos et des jambes. Des batteries au lithium alimentent les différents capteurs, le processeur embarqué et les petits moteurs situés au niveau des hanches et aux genous. D’une autonomie de trois heures, l’Ekso™ s’active dès que son utilisateur se penche vers l’avant. Pour cela, l’exosquelette Ekso™ utilise une interface homme-machine qui analyse les gestes de la personne pour comprendre ses intentions et agir à la place des fonctions neuromusculaires de la personne.

L’Ekso™ est une technologie qui reste encore un peu cher puisque l’exosquelette est vendu aux alentours de 100.000 $ soit un peu plus de 70.000 €. Mais à l’allure à laquelle les coûts des composants baissent, les exosquelettes ne devraient pas tarder à se démocratiser, surtout si des coups de projecteur comme celui-ci ou celui-là sont donnés plus souvent à ces appareils porteurs d’espoir. Et regoûter un jour aux joies de la marche n’a pas de prix…

Un réseau mondial de centres spécialisés

Ekso a constitué un réseau de partenaires constitué d’une cinquantaine de centres médicaux dans le monde. Ces centres disposent d’un personnel habilité à suivre les patients et à les entraîner sur les exosquelettes Ekso™. Une vingtaine de centres est située en Europe, notamment en Espagne, Italie, Angleterre et Allemagne mais la France n’en compte aucun pour le moment.

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Handicap : les exosquelettes font leur entrée dans le quotidien

Grâce à l'exosquelette, les personnes paraplégiques gagnent en autonomie et indépendance. (Crédit photo Flickr / rewalkrobotics)

L'exosquelette Rewalk permet aux personnes paraplégiques de se tenir debout et de marcher à nouveau. Il vient d'être autorisé à la vente aux particuliers aux USA.

Depuis quelques années, la robotique s'installe dans la vie des personnes handicapées. Parmi ces innovations, les exosquelettes (ou squelettes extérieurs), tel que le Rewalk, permettent à certains paraplégiques de quitter leur fauteuil roulant et de marcher à nouveau. Ce dernier vient de recevoir l'autorisation de l'agence du médicament américaine (FDA) pour être vendu aux particuliers. Un dispositif exceptionnel qui entre dans le quotidien.

Créé par Amit Goffer, un ingénieur israélien devenu tétraplégique après un accident en 1997, l'exosquelette Rewalk permet aux personnes paralysées des membres inférieurs après une lésion de la moelle épinière d'en retrouver l'usage. Entièrement électronique, l'exosquelette recouvre les jambes et les cuisses du paraplégique. Il est composé de deux moteurs installés au niveau de l'articulation de la hanche et celle du genou. La batterie et l'ordinateur de bord, relié à des détecteurs de mouvements, sont placés dans un sac à dos. L'utilisateur peut sélectionner les actions qu'il veut faire (se lever de son fauteuil, rester debout, marcher…) grâce à une commande qu'il porte au poignet. A l'aide de ses béquilles, l'utilisateur se penche en avant. Ce déplacement du buste est analysé par l'ordinateur de bord qui ordonne aux moteurs de faire un pas. Le dispositif mime alors le mouvement des jambes. La vitesse de marche, le degré de flexion du genou ou de la hanche sont des paramètres modifiables selon chaque patient. Par ailleurs, ce dispositif peut être installé sur des personnes mesurant entre 1m60 et 1m90 et pesant jusqu'à 100kg.

Autonomie et indépendance

Le «Rewalk personnel», seconde création de la société israélienne Argo Medical Technologie, après le Rewalk à vocation thérapeutique, a été conçu pour répondre aux situations du quotidien. Il permet la marche chez soi, au travail mais aussi à l'extérieur et sur différents terrains. C'est lui qui a reçu l'approbation de la FDA. «Une bonne nouvelle», affirme au Figaro le Dr Jacques Kerdraon, médecin au sein de l'unité de «blessés médullaires» du centre mutualiste de Kerpape, unique centre de rééducation français à utiliser l'exosquelette.

Depuis près de deux ans, le centre breton propose le Rewalk comme alternative aux autres matériels existants, comme les fauteuils verticalisateurs. «Une quinzaine de patients ont pu bénéficier de cet exosquelette de marche», explique-t-il. Mais pour l'instant, les médecins n'ont pas encore assez de recul. C'est pourquoi, le Dr Kerdraon en partenariat avec d'autres centres de rééducation veut lancer une étude afin d'obtenir des résultats scientifiques et objectifs sur l'intérêt de la marche appareillée. «L'accord de la FDA est un argument supplémentaire en faveur de notre projet d'étude», affirme-t-il.

Une estime de soi regonflée

Actuellement, les bénéfices pour la santé apportés par l'utilisation de l'exosquelette sont fondés «sur des témoignages de patients», souligne le médecin. Les utilisateurs rapportent un meilleur transit, une meilleure forme physique. Certaines études mettent en évidence une amélioration du retour veineux et de la fonction cardiaque, un entretien du capital osseux «qui disparait d'environ 40% en deux ans chez les sujets jeunes atteint de paralysie», explique le Dr Jacques Kerdraon. Mais au-delà des bienfaits physiques, la sensation de verticalité et le gain d'autonomie, la possibilité de regarder leurs interlocuteurs dans les yeux procurent aux patients une meilleure estime d'eux-mêmes et un bien-être psychologique.

Le Rewalk autorisé par la FDA ne s'adresse pas à toutes les personnes paralysées. Seuls les patients atteints entre la 7ème vertèbre thoracique (T7) et 5ème vertèbre (L5) lombaire peuvent l'utiliser. En thérapie, le Rewalk peut être appareillé sur des patients ayant une atteinte plus haute de la moelle épinière entre la T4 et T6. Le prix peut également être un frein: un «Rewalk personnel» coûte plus de 50 000 euros.

Par Anne-Laure Lebrun - le 04/07/2014

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WANDERCRAFT : POUVOIR REMARCHER SANS BEQUILLES

Pouvoir remarcher sans béquilles : c'est la mission de cet exosquelette révolutionnaire développé pour les personnes atteintes de maladies neuro-musculaires.

DÉTAILS PROJET

• Catégorie du Prix EDF Pulse#SANTÉ
• Nom du projetWANDERCRAFT
• Nom des inventeursNicolas Simon, Alexandre Boulanger, Matthieu Masselin
• Lieu de l'inventionParis (France)
• Date de lancement2015
• Pour en savoir plushttp://www.wandercraft.eu

lE PROJET

Se lever de son fauteuil roulant et marcher… Aujourd'hui, c'est un rêve pour les personnes atteintes de myopathie. Demain, une réalité grâce aux jambes robotisées mises au point par Wandercraft, une start-up fondée par trois jeunes polytechniciens passionnés de robotique et de mécanique.

La grande innovation de cet appareil (un exosquelette) est d'être mis en mouvement par le buste de la personne. Pas besoin de manette, ni de bouton, le système est intuitif. Surtout, un algorithme sophistiqué permet de s'approcher de la marche naturelle.

Ces jambes auxiliaires sont dotées d'un système assurant l'équilibre latéral. Elles sont aussi articulées pour épouser au plus près la mécanique de la jambe. Ainsi, la personne peut retrouver son autonomie, et vivre normalement.

Wandercraft suscite beaucoup d'intérêt et d'espoir depuis sa naissance. La start-up veut intensifier la R&D et les échanges avec les associations de patients, pour une mise sur le marché en 2015 ?

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L'IMPRIMANTE 3D VA RÉVOLUTIONNER NOS VIES

Des chercheurs sont parvenus à imprimer en 3D des cellules souches embryonnaires et ouvrent ainsi la voie à l’enjeu suprême de la médecine régénérative : la création d’organes humains entiers et fonctionnels. Le rêve fou est aujourd’hui à portée de souris, de laboratoire et d’ordinateur, pour imaginer notre corps réparable à l’infini.

La médecine-fiction est à nos portes. Les imprimantes 3 D, déjà capables de copier des structures à partir d’un modèle en trois dimensions conçu sur ordinateur, peuvent reproduire des tissus vivants ! A un stade expérimental, mais bluffant. Il ne s’agit pas de greffer des ­prothèses éditées sur mesure en plastique biodégradable ou en titane, comme cela a déjà été fait pour se substituer à une main, une mâchoire inférieure ou un morceau de trachée, mais d’imprimer des cellules jusqu’à obtenir tout ou partie d’un tissu de peau, de muscle ou d’os. Et même, dans les décennies à venir, un cœur, un rein, une vessie ou un foie.

BIENTÔT DES ORGANES IMPRIMÉS EN 3D?

On peut raisonnablement envisager les premiers essais cliniques sur l’homme d’ici à dix ans pour des tissus simples tels que la cornée, la peau ou l’os. L’impression de tissus en 3D ressemble à un eldorado pour nombre de chercheurs, dont le pionnier, Anthony Atala, espère pouvoir un jour imprimer un organe en 3D. Les chercheurs du MIT ont aussi aidé la start-up californienne Organovo à réaliser une bio-imprimante 3D afin de créer des tissus vivants pouvant être transplantés. Le parcours n’a pas été simple et les quantités ne sont pas encore phénoménales. Mais la société arrive à copier quelques brins de muscle cardiaque ou de poumon, une des difficultés étant de reproduire la vascularité d’un organe, c’est-à-dire sa circulation sanguine.

Création d’un prototype de rein par bio-imprimante au Wake Forest Institute.Nous ne sommes qu’au début d’une révolution, mais la médecine régénérative apparaît déjà sous de bons auspices : d’ici à une trentaine d’années, elle devrait être capable de reconstituer entièrement un organe dans le corps humain, en faisant par exemple repousser un rein dans le corps d’un patient à partir de ses cellules souches, un peu comme la salamandre restaure les parties perdues de son corps. Et les bio-imprimantes pourraient être si sophistiquées qu’elles reproduiraient à la demande un organe sur mesure, toujours à partir des cellules souches du patient, permettant ainsi de le greffer rapidement sans risque de rejet. Une porte ouverte vers l’homme éternel, car réparable à l’infini.

Comment ça marche ?

L’imprimante 3D dépose des couches successives de matière pour reproduire une structure modélisée sur un ordinateur en 3D. Pour les tissus humains il s’agit de cellules souches capables de se multiplier et de se spécialiser sur n’importe quel tissu. Ces cellules baignent dans un « milieu de culture », une préparation appropriée élaborée par les chercheurs. Une fois le liquide cellulaire fabriqué, on le dépose dans une « cartouche » que l’on place dans l’imprimante.

Le prototype de rein (à gauche) fabriqué par Anthony Atala et les structures en collagène, oreille et doigt, sur lesquelles les cellules souches vont se reproduire.© DR

A l’autre bout du dispositif, on installe l’équivalent d’un papier d’imprimante classique : une fine plaque de collagène constituée de protéines essentielles à la constitution des tissus qui va permettre aux cellules d’évoluer. Reste à lancer l’impression : un rayon laser cible le liquide cellulaire, dont les gouttes se déposent peu à peu sur la plaque de collagène. Quarante-huit heures plus tard, les cellules commencent à se reproduire, créent des connexions, fabriquant ainsi du tissu.

 

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