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Une technique optogénétique pour modifier à long terme l'excitabilité des neurones

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Des scientifiques du MIT ont mis au point une technique d'optogénétique qui peut entraîner des modifications à long terme de l'excitabilité neuronale en altérant la capacité de la membrane neuronale.

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Contrairement à l'optogénétique classique, qui consiste à utiliser la lumière pour activer rapidement des canaux ioniques sur des neurones artificiels, la nouvelle technique repose sur une réaction sensible à la lumière pour augmenter la présence de polymères conducteurs ou isolants dans la membrane cellulaire. La méthode crée des changements à long terme dans l'excitabilité des neurones et ne nécessite pas d'illumination continue pour maintenir ces changements. Cette méthode est avant tout conçue comme un outil de recherche permettant d'améliorer notre compréhension du cerveau et des maladies neurologiques, mais elle pourrait également avoir des applications thérapeutiques à l'avenir.

L'optogénétique a été mise au point il y a environ 20 ans. Cette technique de recherche consiste à modifier génétiquement des neurones pour qu'ils expriment des canaux ioniques sensibles à la lumière, puis à les éclairer pour provoquer une activation neuronale immédiate et rapide. Toutefois, si l'optogénétique classique est utile, elle peut encore être améliorée.

"En utilisant la lumière, vous pouvez ouvrir ou fermer ces canaux ioniques, et cela va à son tour exciter ou réduire au silence les neurones", a déclaré Chanan Sessler, un chercheur du MIT impliqué dans l'étude. "Cela permet une réponse rapide en temps réel, mais cela signifie que si vous voulez contrôler ces neurones, vous devez les éclairer en permanence."

Et si vous pouviez illuminer un neurone une seule fois, et créer un changement à long terme de l'excitabilité ? C'est l'objectif de cette dernière technique. Les chercheurs y sont parvenus en modifiant la capacité électrique de la membrane neuronale. Il s'agit de faire en sorte que les neurones expriment une protéine sensible à la lumière qui produit des espèces réactives de l'oxygène lorsqu'elle est exposée à la lumière. Au cours de cette illumination, les chercheurs exposent également les neurones à des blocs de construction en polymère, qu'il s'agisse d'un polymère isolant ou conducteur. Les espèces réactives de l'oxygène aident à assembler les blocs de polymère à l'intérieur de la membrane cellulaire, ce qui modifie sa capacité. Jusqu'à présent, les chercheurs ont montré que cette approche entraînait des modifications de l'excitabilité neuronale pendant trois jours, soit la durée maximale pendant laquelle ils peuvent maintenir les cellules en vie dans un plat.

Cette approche présente un potentiel tant sur le plan de la recherche que sur le plan thérapeutique. "Ce nouvel outil est conçu pour régler l'excitabilité des neurones à la hausse et à la baisse de manière contrôlable par la lumière et à long terme, ce qui permettra aux scientifiques d'établir directement la causalité entre l'excitabilité de divers types de neurones et les comportements des animaux", a déclaré Xiao Wang, un autre chercheur impliqué dans l'étude. "L'application future de notre approche à des modèles de maladies permettra de savoir si un réglage fin de l'excitabilité des neurones pourrait contribuer à ramener à la normale les circuits cérébraux anormaux."