Sciences · Biologie
La régénération biologique
La régénération est la capacité d’un être vivant à reconstruire une partie perdue de son corps, parfois un organisme entier. Fréquente chez les plantes et certains animaux, elle est limitée chez les mammifères.
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Coupée en morceaux, une planaire donne autant de vers complets. L’axolotl reconstitue une patte, une partie de son cœur ou de sa moelle épinière sans cicatrice. Un lézard abandonne sa queue et en refait une. L’être humain, lui, ne régénère qu’une partie de son foie, la surface de sa peau et quelques tissus. Comprendre pourquoi certaines espèces possèdent ce pouvoir est l’un des grands enjeux de la biologie et de la médecine régénératrice.
Les champions de la régénération
| Organisme | Capacité |
|---|---|
| Planaire (ver plat) | Un fragment d’environ 1/279e du corps peut régénérer un ver entier, d’après une expérience de Thomas Hunt Morgan en 1898 |
| Hydre (cnidaire d’eau douce) | Régénère un individu complet à partir d’un petit fragment ; dissociée en cellules isolées, elle peut se reconstituer |
| Étoile de mer | Repousse de bras ; chez certaines espèces, un bras avec une partie du disque central reforme une étoile entière |
| Axolotl et tritons | Membres, queue, mâchoire, rétine, cristallin, parties du cœur, du cerveau et de la moelle épinière |
| Poisson-zèbre | Nageoires, cœur, rétine, moelle épinière |
| Lézards | Queue (sans vertèbres osseuses : elle est soutenue par un tube de cartilage) |
| Cerf | Bois entièrement repoussés chaque année : seul cas d’appendice régénéré chaque année chez un mammifère |
| Souris épineuse africaine (Acomys) | Peau arrachée qui repousse avec ses poils, sans cicatrice |
| Plantes | Bouturage : un fragment de tige ou de feuille reconstitue une plante entière, une forme naturelle de clonage |
Comment fonctionne la régénération ?
Deux grandes stratégies
| Morphallaxie | Épimorphose | |
|---|---|---|
| Principe | Réorganisation des tissus existants, sans multiplication importante de cellules | Formation d’une masse de cellules en prolifération qui reconstruit la partie manquante |
| Taille du résultat | Organisme plus petit au départ, qui grandit ensuite | Taille normale |
| Exemple | Hydre | Membre de l’axolotl, queue de lézard |
L’exemple de la patte d’axolotl
- Cicatrisation rapide : en quelques heures, les cellules de l’épiderme recouvrent la plaie, sans former de cicatrice fibreuse.
- Formation d’un blastème : sous cette coiffe, des cellules du moignon (muscles, os, tissu conjonctif) perdent en partie leur spécialisation et se multiplient. Elles forment une masse appelée blastème.
- Reconstruction : les cellules du blastème reprennent des programmes du développement embryonnaire (voir embryologie) et reconstituent os, muscles, nerfs et peau, dans le bon ordre et à la bonne échelle.
- Croissance : en quelques semaines, la nouvelle patte est parfaitement fonctionnelle.
Les nerfs sont indispensables : une patte d’axolotl privée de ses nerfs ne régénère pas. Le système immunitaire aussi : si on supprime les macrophages, la régénération échoue et une cicatrice se forme.
Les cellules souches
Chez la planaire, environ 20 à 30 % des cellules sont des cellules souches adultes appelées néoblastes, dont certaines sont capables de produire tous les types cellulaires. Une seule de ces cellules, transplantée dans un ver irradié qui avait perdu les siennes, peut reconstituer un animal entier (expérience publiée en 2011). Chez les vertébrés, la régénération repose plutôt sur des cellules souches propres à chaque tissu et sur la dédifférenciation (voir cellules souches).
Et chez l’être humain ?
| Tissu ou organe | Capacité de régénération |
|---|---|
| Foie | Remarquable : après ablation de jusqu’à environ deux tiers du foie, l’organe retrouve sa masse en quelques semaines à quelques mois, ce qui permet les greffes de foie partielles à partir de donneurs vivants |
| Peau (épiderme) | Renouvelée en environ un mois ; une blessure profonde laisse cependant une cicatrice |
| Sang | Renouvelé en permanence par la moelle osseuse |
| Paroi de l’intestin | Renouvelée en quelques jours |
| Os | Réparation des fractures avec reconstruction de l’os |
| Extrémité des doigts | Chez le jeune enfant, l’extrémité d’un doigt amputée au-delà de l’ongle peut parfois repousser |
| Cœur, cerveau, moelle épinière | Très faible : les lésions laissent des cicatrices, d’où la gravité des infarctus et des lésions médullaires |
| Membres | Aucune régénération |
Le mythe de Prométhée, dont un aigle dévorait chaque jour le foie qui repoussait la nuit, est souvent cité comme une intuition ancienne de cette propriété, même si rien ne prouve que les Grecs la connaissaient.
Pourquoi les mammifères régénèrent-ils si peu ?
Plusieurs hypothèses, non exclusives, sont étudiées :
- la cicatrisation rapide : chez les mammifères, une plaie se ferme vite par une cicatrice fibreuse, qui protège contre les infections et les hémorragies mais bloque la reconstruction ;
- le système immunitaire plus complexe, qui favorise l’inflammation plutôt que la reconstruction ;
- la sortie définitive du cycle cellulaire de beaucoup de cellules spécialisées, comme les cellules du muscle cardiaque, peut-être liée à l’apparition du sang chaud (une étude de 2019 a relié la perte de régénération cardiaque aux hormones thyroïdiennes chez les endothermes) ;
- la protection contre le cancer : la capacité de prolifération est étroitement contrôlée.
La médecine régénératrice
L’objectif est de réparer les tissus humains endommagés. Les pistes principales :
- greffes de cellules souches : greffe de moelle osseuse, utilisée depuis les années 1950-1960, peau cultivée pour les grands brûlés ;
- cellules iPS : cellules adultes reprogrammées (Shinya Yamanaka, 2006), testées notamment pour la dégénérescence de la rétine et la maladie de Parkinson ;
- ingénierie tissulaire : structures biodégradables ensemencées de cellules (vessie, trachée, cartilage) ;
- organoïdes : mini-organes cultivés en laboratoire pour la recherche ;
- stimulation des capacités naturelles : identifier les signaux qui permettent à l’axolotl de régénérer et chercher à les réactiver.
Questions fréquentes
La queue d’un lézard repousse-t-elle à l’identique ?
Non. La nouvelle queue est souvent plus courte, de couleur différente, et soutenue par un tube de cartilage au lieu de vertèbres osseuses. Elle ne repousse pas à l’infini : chaque perte coûte des réserves d’énergie.
Coupe-t-on un ver de terre en deux pour faire deux vers ?
C’est une idée reçue. Chez le lombric, seule la partie avant, si la coupure est assez en arrière, peut survivre et reformer une queue ; la partie arrière ne reforme généralement pas de tête. Ce sont les planaires, et non les vers de terre, qui se régénèrent en plusieurs individus.
Pourquoi l’axolotl est-il si étudié ?
Parce qu’il régénère presque tout, sans cicatrice, à tout âge, et que c’est un vertébré, plus proche de nous qu’une planaire. Son génome, l’un des plus grands connus (environ dix fois celui de l’être humain), a été séquencé en 2018. L’espèce est en danger critique d’extinction dans son milieu naturel, les canaux de Xochimilco près de Mexico.