De l’optogénétique à la sonogénétique en passant par la magnétognétique, des scientifiques du monde entier étudient de nouvelles techniques pour traiter la maladie de Parkinson sans recourir à une chirurgie invasive.
Il n’y a toujours pas de traitement capable d’inverser les effets de la maladie de Parkinson, une maladie estimée à 10 millions de personnes dans le monde. À mesure que l’espérance de vie augmente, le nombre de personnes souffrant de cette maladie devrait augmenter à l’avenir, faisant de la nécessité d’un traitement efficace une priorité.
Les médecins prescrivent des médicaments par voie orale pour soulager les principaux symptômes et, pour quelques patients, utilisent une stimulation cérébrale profonde. Les électrodes stimulent les zones touchées et soulagent les réactions induites par la maladie telles que les tremblements ou la rigidité.
Cependant, cette technique présente des défis importants car les chirurgiens doivent percer un trou dans le crâne pour implanter les électrodes, mais que se passerait-il si nous pouvions contrôler les neurones sans avoir besoin de cette procédure invasive et coûteuse?
C’est la question que certains scientifiques se sont posée il y a quelques décennies, ouvrant les portes à ce que l’on appelle les techniques de neuromodulation non invasives. Bien que manipuler les neurones sans les toucher était considéré comme de la science-fiction, cette méthode a gagné en popularité et plusieurs groupes de chercheurs du monde entier se sont lancés dans son enquête pour une grande variété de conditions, y compris la maladie de Parkinson.
En 2004, l’une de ces techniques, appelée optogénétique, a été décrite pour la première fois, révolutionnant le domaine des neurosciences. Il consiste à modifier génétiquement les cellules cérébrales pour exprimer des protéines sensibles à la lumière, ce qui signifie que l’activité de l’aneurone peut être contrôlée à l’aide d’impulsions lumineuses. Jusqu’à l’année dernière, cette procédure était toujours considérée comme invasive, car obtenir les impulsions de lumière à l’intérieur du cerveau pour contrôler les cellules nécessitait des implants.
Cependant, cela a changé en octobre dernier lorsqu’un groupe de chercheurs de l’Université de Stanford a rapporté avoir développé avec succès une version sans implant de la technique, rendant possible l’optogénétique cérébrale profonde sans chirurgie chez la souris.
Suivant les principes de l’optogénétique, une nouvelle technique appelée sonogénétique a été proposée en 2015.
Nous avons découvert un nouvel ensemble de protéines, qui ne sont normalement pas exprimées dans les cellules que nous essayons de contrôler. Et la particularité de ces protéines est qu’elles sont sensibles aux ultrasons. En délivrant ces protéines aux cellules affectées, elles deviennent sensibles aux ultrasons « , dit-il. » Vous n’avez pas besoin de chirurgie, vous collez votre transducteur sur le crâne et vous délivrez une échographie pour contrôler les cellules. «
Sreekanth Chalasani, professeur agrégé, Salk Institute for Biological Studies, États-Unis
Chalasani a d’abord décrit la sonogénétique. Outre le fait que la chirurgie n’est pas nécessaire, l’un des principaux avantages de cette technique est sa sécurité, comme le souligne Chalasani. «Les ultrasons sont des ondes sonores dont les fréquences sont plus élevées que ce que les humains peuvent entendre.
C’est sûr, non invasif et nous en avons beaucoup d’expérience. Depuis des décennies, nous utilisons les ultrasons pour imager les bébés et pour soulager la douleur « , explique-t-il. De plus, les ultrasons traversent la peau et les os. Pour cette raison, » le transducteur qui produit les ultrasons peut être à l’extérieur du corps et toujours cibler les structures qui sont profondément dans le cerveau, comme cela est nécessaire pour soulager les symptômes de la maladie de Parkinson », ajoute Chalasani.
Bien que beaucoup de choses aient été accomplies depuis 2015, certaines questions restent sans réponse. D’une part, les scientifiques doivent trouver un moyen fiable d’introduire des protéines sensibles à la lumière et aux ultrasons dans le corps humain. «Pour le moment, nous n’avons aucun moyen de fournir des gènes à des cibles spécifiques dans le cerveau humain», déclare Chalasani.
« Nous avons besoin d’un moyen d’exprimer une protéine uniquement dans les cellules souhaitées, et nulle part ailleurs. » D’autre part, la technologie du transducteur doit également être développée davantage. «Nous voulons quelque chose qui est minuscule, mais qui produit suffisamment d’énergie pour traverser le crâne sans chauffer le cerveau», explique Chalasani. « Nous développons une nouvelle classe de transducteurs qui ne provoque aucun échauffement et, en même temps, produit suffisamment d’énergie pour contrôler les cellules ».
Outre l’utilisation de la lumière et des ultrasons, les scientifiques ont également découvert qu’ils pouvaient utiliser des aimants pour contrôler le comportement des cellules. Ils ont nommé cette approche magnétogénétique. Le projet ouvert de l’UE FET Magneuron, qui a débuté en 2016, cherchait à utiliser cette technique pour faire progresser la thérapie de remplacement cellulaire un peu plus loin.
Le principe est simple: remplacer les neurones endommagés du cerveau par de nouveaux sains créés en laboratoire. Mais la thérapie fait face à un défi important étant donné la complexité du cerveau humain.
« Dans la régénération cérébrale, nous avons un problème au niveau du système nerveux central. Vous placez les neurones dans le cerveau et ils ne savent pas où aller après la transplantation. De plus, la connectivité entre les neurones n’est pas rétablie », explique Rolf Heumann, chef du groupe de neurochimie moléculaire à l’Université Ruhr Bochum, en Allemagne, et l’un des participants au projet Magneuron.
Pour surmonter ce défi, le consortium interdisciplinaire a eu l’idée de précharger les neurones du laboratoire avec des nanoparticules magnétiques afin qu’une fois implantées dans le cerveau, les scientifiques puissent contrôler la direction dans laquelle les neurones se développent à l’aide d’aimants.
L’une des principales différences concernant les deux techniques expliquées précédemment est que, dans ce cas, les neurones des patients n’ont pas besoin d’être génétiquement modifiés. «Avec les méthodes que nous utilisons, nous essayons d’éviter les manipulations génétiques», explique Heumann. « Nous utilisons des nanoparticules qui ont des protéines responsables de diriger la croissance du neurone qui leur sont attachées. Ces protéines sont fabriquées dans des bactéries, purifiées et fixées aux nanoparticules. Par conséquent, ce n’est pas une méthode génétique primaire sur le patient », souligne Heumann.
Les chercheurs ont franchi diverses étapes. « Nous avons décrit comment manipuler les nanoparticules pures et y lier les protéines. Nous avons également trouvé un moyen de faire entrer les nanoparticules dans des cellules vivantes et de les manipuler une fois à l’intérieur », explique Fabian Raudzus, professeur assistant à l’Université de Kyoto, au Japon. qui a également travaillé sur le projet.
L’une des réalisations les plus importantes a été de trouver un moyen de charger les nanoparticules dans un grand nombre de cellules en même temps. «L’idée est d’appliquer une certaine pression sur les cellules afin de pouvoir y pousser une plus grande quantité de nanoparticules», explique le docteur Sebastian Neumann, de l’université Ruhr Bochum, en Allemagne, et un autre participant au projet Magneuron. « Et ce serait une approche importante pour l’avenir en ce qui concerne le traitement des patients ».
Bien que le projet ait pris fin en 2019, certains membres continuent à travailler dans ce domaine, en se concentrant principalement sur la recherche d’un gradient magnétique stable pour contrôler les nanoparticules, l’évaluation des effets des nanoparticules sur le long terme, et en passant des études in vitro sur les cellules. aux organoïdes.
Les scientifiques sont encore loin de tester l’optogénétique, la sonogénétique et la magnétogénétique dans les cliniques, mais les approches de neuromodulation nourrissent de grands espoirs: elles promettent non seulement d’éviter la chirurgie invasive, mais également de réactiver les neurones endommagés et d’inverser les effets de nombreux troubles neurodégénératifs.
