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Interrupteur d'éclairage pour le contrôle de la vessie
Une startup de la Case Western Reserve University à Cleveland prévoit de commercialiser des interrupteurs de lumière moléculaire, une technologie génétique qui s'est rapidement implantée dans le monde de la recherche. Initialement développée en 2006, la technologie consiste à injecter de petits fragments d'ADN dans des animaux vivants pour permettre de contrôler des neurones spécifiques avec la lumière. La société, appelée LucCell, se concentrera d'abord sur le développement de thérapies pour rétablir le contrôle de la vessie chez les personnes paralysées.
Contrôle de la lumière : Un neurone de la moelle épinière (vert) transportant la protéine channelrhodopsine photosensible. Lorsqu'elle est touchée par la lumière, la cellule envoie un signal au muscle du diaphragme, aidant un rongeur paralysé à respirer.
Cet effort signale un intérêt croissant pour le développement de ces outils de recherche uniques à usage clinique. Ed Boyden, neuroscientifique au MIT et l'un des inventeurs originaux de la technologie, a formé une start-up plus tôt cette année pour développer de nouvelles thérapies contre la cécité. (Boyden est chroniqueur pour Technology Review.) C'est excitant de voir l'intérêt de pousser cette technologie, qui était considérée comme un puissant outil scientifique de base, dans la clinique, dit Boyden.
Les commutateurs de lumière moléculaire contiennent un gène pour une protéine sensible à la lumière dérivée d'algues, appelée channelrhodopsin-2, ainsi que des instructions moléculaires qui limitent son expression à un sous-ensemble spécifique de cellules. Le gène est délivré au tissu cible via un virus, un peu comme dans la thérapie génique. Une fois absorbé dans la cellule, l'ADN déclenche la production d'une protéine qui active la cellule lorsqu'elle est exposée à la lumière.
L'approche est devenue l'un des nouveaux outils les plus en vogue en neurosciences, et elle est utilisée dans le monde entier pour étudier les troubles psychiatriques et neurologiques tels que la dépression, la toxicomanie et l'épilepsie, ainsi que les fonctions cérébrales normales telles que le mouvement et la mémoire.
LucCell se concentrera principalement sur la respiration et la fonction vésicale chez les personnes paralysées. Dans les deux cas, les signaux du cerveau ne peuvent plus atteindre les muscles concernés. L'idée est de rendre les neurones contrôlant ces muscles sensibles à la lumière ; les cellules pourraient ensuite être allumées ou éteintes avec une source lumineuse implantée. Nous pensons que la technologie de l'interrupteur lumineux pourrait être plus facilement appliquée à ces cibles car elles ne nécessitent qu'un ou deux muscles - le diaphragme pour la respiration et le sphincter externe pour la fonction vésicale, explique Jerry Silver, neuroscientifique chez Case Western et président de LucCell. . Je suis vraiment optimiste que nous pouvons aider les gens. Silver dirige l'entreprise avec deux collègues de Case Western, Stefan Herlitze et Evan Deneris.
L'année dernière, Silver et ses collaborateurs ont montré que la channelrhodopsine pouvait être utilisée pour restaurer la fonction respiratoire chez les rongeurs paralysés. Les chercheurs ont d'abord recréé une lésion médullaire de haut niveau chez des rongeurs, paralysant la moitié du diaphragme. Ils ont ensuite injecté l'interrupteur dans la moelle épinière, près des nerfs qui contrôlent le muscle paralysé. La lumière brillante sur ces cellules a déclenché des contractions musculaires dans le diaphragme. L'article montre une récupération remarquable de la fonction respiratoire du côté de l'animal avec une fonction altérée qui a duré une journée même après l'extinction de la lumière, explique Silver.
Les chercheurs travaillent également à rétablir le contrôle de la vessie, un problème pour un grand pourcentage de personnes paralysées. Pour vider la vessie, un signal du cerveau descend le long de la moelle épinière, signalant au sphincter de se détendre et de libérer l'urine. Cette connexion est rompue lors d'une lésion de la moelle épinière, empêchant une miction normale. Un circuit local très puissant maintient le sphincter fermé, explique Silver, c'est pourquoi les patients doivent se cathétériser eux-mêmes - un processus qui peut entraîner des infections et d'autres complications. Ceci est en haut de la liste des choses que les personnes atteintes de paralysie aimeraient voir corrigées.
Les chercheurs testent maintenant un interrupteur de lumière moléculaire légèrement différent appelé rhodopsine 4 des vertébrés, qui éteint les cellules en réponse à la lumière plutôt que de les activer. L'injection du gène dans les neurones qui contrôlent le sphincter permettrait à ces cellules d'être désactivées en réponse à la lumière, permettant ainsi au muscle du sphincter de se détendre.
En fin de compte, les chercheurs aimeraient combiner cet interrupteur avec un mécanisme pour serrer la vessie, une autre partie de la miction normale. Nous pourrions mettre un interrupteur dans le noyau qui comprime la vessie, ou nous pourrions travailler avec des personnes qui compriment la vessie en utilisant une stimulation électrique fonctionnelle , explique Silver. Dans la stimulation électrique fonctionnelle, des électrodes implantées sont utilisées pour contrôler les muscles paralysés.
Les chercheurs doivent encore surmonter plusieurs obstacles pour développer la technologie en un traitement pratique. Ils devront trouver comment transmettre en toute sécurité à la fois l'ADN et la lumière aux cellules nerveuses appropriées. LucCell développe une version des interrupteurs d'éclairage qui utilisent des virus déjà courants dans les thérapies géniques humaines. Les chercheurs collaborent avec Boyden pour modifier une source lumineuse implantable constituée d'un laser ou d'une LED miniature attaché à une fibre optique.
Le plus grand défi sera la sécurité, déclare Karl Deisseroth, un neuroscientifique à Stanford qui n'a pas participé à la recherche. Vous devez vous soucier de choses comme la possibilité de réactions immunitaires rares mais graves aux protéines et aux dispositifs. Étant donné que la protéine est dérivée d'algues, certains craignent qu'elle ne déclenche une réponse immunitaire ou s'avère toxique pour la cellule à long terme. Plus tôt cette année, Boyden et ses collaborateurs ont publié le premier article testant la technologie channelrhodopsin chez les primates, exprimant la protéine dans le cortex frontal des singes macaques. Les animaux n'ont montré aucun signe inhabituel de dommages neuf mois plus tard. Mais étant donné la nouveauté de la technologie, des tests de sécurité approfondis seront probablement nécessaires.