Dans ce qui pourrait un jour devenir un nouveau traitement contre l'épilepsie, des chercheurs de l'UC San Francisco, de l'UC Santa Cruz et de l'UC Berkeley ont utilisé des impulsions lumineuses pour prévenir une activité de type crise dans les neurones.
Les chercheurs ont utilisé du tissu cérébral prélevé sur des patients épileptiques dans le cadre de leur traitement.
À terme, ils espèrent que cette technique remplacera la chirurgie visant à retirer le tissu cérébral à l’origine des crises, offrant ainsi une option moins invasive aux patients dont les symptômes ne peuvent être contrôlés par des médicaments.
L’équipe a utilisé une méthode connue sous le nom d’optogénétique, qui utilise un virus inoffensif pour transmettre des gènes sensibles à la lumière provenant de micro-organismes à un ensemble particulier de neurones du cerveau qui peuvent être activés et désactivés avec des impulsions lumineuses.
Il s’agit de la première démonstration que l’optogénétique peut être utilisée pour contrôler l’activité épileptique dans les tissus cérébraux humains vivants, et elle ouvre la porte à de nouveaux traitements pour d’autres maladies et affections neurologiques.
« Cela représente un pas de géant vers une nouvelle façon puissante de traiter l'épilepsie et probablement d'autres affections », a déclaré Tomasz Nowakowski, PhD, professeur adjoint de chirurgie neurologique et co-auteur principal de l'étude, parue le 15 novembre dans Neurosciences naturelles.
Maîtriser les pics d'épilepsie
Pour maintenir les tissus en vie suffisamment longtemps pour terminer l’étude, qui a duré plusieurs semaines, les chercheurs ont créé un environnement qui imite les conditions à l’intérieur du crâne.
John Andrews, MD, résident en neurochirurgie, a placé le tissu sur un milieu nutritif qui ressemble au liquide céphalo-rachidien qui baigne le cerveau.
David Schaffer, PhD, ingénieur biomoléculaire à l'UC Berkeley, a trouvé le meilleur virus pour transmettre les gènes, afin qu'ils fonctionnent dans les neurones spécifiques ciblés par l'équipe.
Andrews a ensuite placé le tissu sur un lit d'électrodes suffisamment petit pour détecter les décharges électriques des neurones communiquant entre eux.
Lorsque le cerveau fonctionne normalement, les neurones envoient des signaux à des moments et à des fréquences différents dans un bavardage prévisible et de faible niveau. Mais lors d’une crise, le bavardage se synchronise en fortes explosions d’activité électrique qui submergent la conversation informelle du cerveau.
L’équipe espérait utiliser les impulsions lumineuses pour empêcher les sursauts en éteignant les neurones contenant des protéines sensibles à la lumière.
Expérimentation télécommandée
Premièrement, l’équipe devait trouver un moyen de mener ses expériences sans perturber les tissus. Les minuscules électrodes n’étaient distantes que de 17 microns – soit moins de la moitié de la largeur d’un cheveu humain – et le moindre mouvement des tranches de cerveau pouvait fausser leurs résultats.
Mircea Teodorescu, PhD, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'UCSC et co-auteur principal de l'étude, a conçu un système de télécommande pour enregistrer l'activité électrique des neurones et délivrer des impulsions lumineuses aux tissus.
Le laboratoire de Teodorescu a écrit un logiciel qui a permis aux scientifiques de contrôler l'appareil, afin que le groupe puisse diriger des expériences depuis Santa Cruz sur les tissus dans le laboratoire de Nowakowski à San Francisco.
De cette façon, personne n’avait besoin de se trouver dans la pièce où les mouchoirs étaient conservés.
Il s’agissait d’une collaboration tout à fait unique pour résoudre un problème de recherche incroyablement complexe. Le fait que nous ayons réellement accompli cet exploit montre à quel point nous pouvons aller plus loin lorsque nous unissons les forces de nos institutions. »
Mircea Teodorescu, PhD, professeur agrégé de génie électrique et informatique à l'UCSC
Nouvel aperçu des crises
L'optogénétique permet aux chercheurs de zoomer sur des ensembles discrets de neurones.
Le groupe a pu voir quels types de neurones et combien d’entre eux étaient nécessaires pour déclencher une crise. Et ils ont déterminé la plus faible intensité de lumière nécessaire pour modifier l’activité électrique des neurones dans des tranches de cerveau vivantes.
Les chercheurs ont également pu voir comment les interactions entre neurones inhibaient une crise.
Edward Chang, MD, président de la chaire de chirurgie neurologique à l'UCSF, a déclaré que ces connaissances pourraient révolutionner les soins prodigués aux personnes épileptiques.
« Je crois qu'à l'avenir, nous n'aurons plus à faire cela si nous utilisons ce type d'approche », a déclaré Chang qui, avec Nowakowski, est membre de l'Institut Weill des neurosciences de l'UCSF.
« Nous serons en mesure de donner aux gens un contrôle beaucoup plus subtil et efficace sur leurs crises tout en les épargnant d'une intervention chirurgicale aussi invasive. »
