Les ultrasons contrôlent les cellules cérébrales de souris vivantes dans le cadre d’une percée de la « sonogénétique »
Des chercheurs ont réussi à modifier les neurones de souris vivantes pour qu’ils réagissent aux ultrasons, ce qui leur permet d’activer les cellules du cortex moteur des animaux et de contrôler le mouvement de leurs jambes.
Présentant leurs résultats dans la revue Nature Communications, les auteurs de l’étude expliquent que leur technique fonctionne également sur des cellules humaines dans une boîte de Pétri et pourrait un jour conduire au développement de stimulateurs cardiaques non invasifs et de systèmes de stimulation cérébrale profonde.
Baptisée sonogénétique, l’utilisation des ultrasons pour activer les cellules a été mise au point par l’auteur de l’étude, Sreekanth Chalasani, et ses collègues du Salk Institute il y a plusieurs années. Dans un article de 2015, l’équipe a révélé qu’une protéine appelée TRP-4 – qui contrôle l’activation des cellules en régulant le mouvement des ions chargés à travers leurs membranes – répond aux ondes ultrasonores.
Ils ont donc modifié les cellules des vers ronds pour qu’elles contiennent TRP-4, et ont constaté qu’ils pouvaient activer manuellement ces cellules à l’aide d’ultrasons. Cependant, lorsque les chercheurs ont répété l’expérience en utilisant des cellules de mammifères, ils n’ont pas pu obtenir les mêmes résultats.
Dans leur nouvelle étude, les auteurs ont entrepris d’identifier des protéines similaires pouvant être utilisées pour activer les cellules de mammifères par ultrasons. Pour ce faire, ils ont modifié génétiquement des cellules de rein embryonnaire humain (HEK) pour qu’elles expriment une série de protéines différentes, avant de les exposer à des impulsions d’ultrasons.
Après avoir testé un total de 191 protéines candidates différentes, les auteurs de l’étude ont constaté qu’un composé appelé TRPA1 faisait systématiquement réagir les cellules aux ultrasons. Parfois appelé récepteur Wasabi, TRPA1 est similaire à TRP-4 en ce sens qu’il s’agit d’une protéine de canal, ce qui signifie qu’elle joue un rôle dans l’activation des cellules en permettant aux ions calcium de traverser la membrane cellulaire.
Chez l’homme, le TRPA1 répond généralement à la douleur, à la chaleur et aux irritants, déclenchant des réactions comme la toux ou les larmes. Lorsque des cellules HEK exprimant cette protéine ont été exposées à des ultrasons, les chercheurs ont détecté un afflux d’ions calcium à travers le canal, indiquant une activation cellulaire.
Poussant leurs travaux plus loin, les auteurs de l’étude ont modifié génétiquement des souris pour qu’elles expriment TRPA1 dans les neurones de leur cortex moteur. L’envoi d’ondes ultrasonores à ces rongeurs les a systématiquement poussés à bouger leurs membres antérieurs et postérieurs droits, alors que le mouvement des membres gauches était moins fréquent.
Dans le même temps, les chercheurs ont détecté une augmentation d’une protéine appelée c-fos – qui est un marqueur de l’activité neuronale – dans les cellules cérébrales des rongeurs modifiées par sonogénèse, confirmant que ces mouvements de membres étaient bien produits par l’activation de ces neurones induite par les ultrasons.
Selon les auteurs, la sonogénétique pourrait un jour éliminer le besoin d’implants chirurgicaux tels que les pacemakers chez les patients cardiaques ou les électrodes neurales chez ceux qui souffrent d’épilepsie. Bien entendu, cela dépendra du développement de nouvelles thérapies géniques capables d’introduire en toute sécurité la protéine TRPA1 ou d’autres protéines similaires dans les cellules cérébrales humaines, mais M. Chalasani est optimiste quant aux perspectives de sa technique.
“Le passage au sans fil est l’avenir pour à peu près tout”, a-t-il déclaré dans un communiqué. “Nous savons déjà que les ultrasons sont sûrs, et qu’ils peuvent traverser les os, les muscles et d’autres tissus, ce qui en fait l’outil ultime pour manipuler les cellules en profondeur dans le corps.”
“Il existe déjà des techniques d’administration de gènes pour faire pénétrer un nouveau gène – tel que le TRPA1 – dans le cœur humain”, a-t-il ajouté. “Si nous pouvons ensuite utiliser un dispositif externe à ultrasons pour activer ces cellules, cela pourrait vraiment révolutionner les stimulateurs cardiaques.”
Source : IFLScience – Traduit par Anguille sous roche
