L’ingénierie neuronale recâble le cerveau pour changer le comportement
Un moyen de relier des neurones non connectés dans le cerveau, et de modifier le comportement d’un organisme, appelé ingénierie neuronale, pourrait un jour aider à traiter les lésions de la colonne vertébrale.
L’ingénierie neuronale
Il existe déjà une technique de manipulation des neurones avec de la lumière, connue sous le nom d’optogénétique, qui a été utilisée à diverses fins, telles que le contrôle du mouvement des vers nématodes (Caenorhabditis elegans). Mais l’utilisation de cette méthode chez les vertébrés, y compris les humains, nécessite des interventions chirurgicales invasives afin que la lumière puisse atteindre des cellules cérébrales spécifiques.
Michael Krieg de l’Institut des Sciences photoniques (ICFO) en Espagne souhaitait concevoir une alternative non invasive, utilisant la lumière comme neurotransmetteur. Dans un cerveau typique, les neurotransmetteurs sont des substances chimiques qui sont sécrétées dans l’espace entre deux neurones, également connu sous le nom de synapse, leur permettant de communiquer.
Krieg et ses collègues ont trouvé un moyen de le faire en utilisant des particules de lumière, appelées photons, dans certaines des synapses d’un ver nématode.
Pour ce faire, les chercheurs ont génétiquement modifié certains neurones du ver afin qu’ils ne produisent aucun neurotransmetteur lorsqu’ils sont activés. Ils ont également modifié deux types de protéines présentes de chaque côté d’une synapse, appelées présynapse et postsynapse, qui envoient et reçoivent normalement des neurotransmetteurs.
La présynapse génétiquement modifiée a produit une enzyme qui libère des photons lorsqu’elle est activée, tandis que la postsynapse modifiée a produit une protéine qui répond aux photons et déclenche un deuxième neurone.
De très bons résultats avec un nématode
Pour montrer que leur méthode fonctionnait, les chercheurs ont profité de l’attraction naturelle du ver pour un composé chimique appelé diacétyle, qui sent comme une source de nourriture et est donc normalement attrayant pour ces créatures.
En utilisant leur technique d’ingénierie neuronale, les chercheurs ont pu à la place faire fuir les vers du diacétyle. Ils ont relié les neurones qui enregistrent l’odeur du composé au circuit neuronal qui déclenche un comportement d’évitement, leur permettant de communiquer. Ces circuits ne sont pas connectés les uns aux autres dans un nématode typique, dit Krieg.
“Il n’y a pas beaucoup de méthodes disponibles par lesquelles vous pouvez connecter deux neurones qui ne sont pas en connexion physique directe”, dit-il. « Les photons peuvent combler ce fossé.”
Krieg dit que la plus grande limitation de cette méthode est le fait que les enzymes de la présynapse ne produisent pas beaucoup de photons et n’activent donc pas toujours les canaux ioniques dans la postsynapse, ce qui la rend peu fiable. Mais cela devrait s’améliorer avec plus de recherches, dit-il.
L’équipe espère que cette méthode pourrait un jour être utilisée pour traiter les lésions de la colonne vertébrale dans lesquelles les neurones ont du mal à communiquer entre eux à l’aide de neurotransmetteurs.
Des réseaux de neurones artificiels
“À long terme, cela pourrait conduire à la conception de réseaux de neurones artificiels qui reconnectent les connexions rompues trouvées dans le disque physique d’une lésion de la moelle épinière”, explique Krieg. « Vous pourriez connecter fonctionnellement des neurones dans la moelle épinière en utilisant des photons assez éloignés les uns des autres – mais un tel travail est encore très loin.”
” Je pense que c’est une étude très excitante », déclare Divya Chari de l’Université Keele au Royaume-Uni. “C’est une nouvelle façon de contrôler la signalisation entre les neurones, mais je pense que les applications thérapeutiques sont loin.”
Cette recherche a été publiée dans Nature Methods.
Source : New Scientist
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