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Les vers et le cerveau humain
Il n’existe aucun remède contre les maladies neurodégénératives débilitantes telles que la maladie de Parkinson, et les chercheurs ne comprennent toujours pas ce qui provoque la mort des cellules cérébrales chez les patients souffrant de ces maladies. Mais les chercheurs du MIT espèrent accélérer la quête de réponses et la recherche de thérapies chez un sujet de test improbable : les vers.
Vers intelligents : Des chercheurs du MIT ont créé une puce microfluidique pour des criblages rapides du génome entier et pour tester un grand nombre de composés thérapeutiques dans des vers vivants. Les neurones de ce ver, le nématode d'un millimètre de long C. elegans, sont étiquetés en vert.
Mehmet Fatih Yanik , professeur adjoint de génie électrique et d'informatique au MIT, développe des dispositifs microfluidiques qui pourraient grandement faciliter les expériences, y compris le dépistage du génome entier et les tests de drogue, sur de petits vers nématodes appelés C. elegans . Ils sont un sujet de prédilection pour les biologistes et les chercheurs en médecine car les vers sont minuscules et transparents, et les chercheurs peuvent faire avec eux des expériences qui ne sont pas possibles avec des animaux plus gros.
Les puces polymères de Yanik ont deux couches de canaux. Une couche est comme un labyrinthe, dit-il. Dans cette couche, les vers d'un millimètre de long sont transportés et triés à grande vitesse. Les canaux ne mesurent que quelques centaines de micromètres de large et contiennent de très petits volumes de liquide. La couche supérieure est ce que Yanik appelle la plomberie. Il contient des vannes qui contrôlent le débit de liquide et de vers.
Les canaux d'aspiration permettent aux chercheurs d'immobiliser les vers pour l'imagerie sur un microscope à haute résolution. Les vers nématodes sont constitués de moins d'un millier de cellules, chacune visible au microscope. En utilisant la puce de Yanik, vous pouvez voir les neurones mourir en temps réel chez les animaux vivants, dit Richard Nass , professeur adjoint de pédiatrie et de pharmacologie au Vanderbilt University Medical Center. L'imagerie à ce niveau de détail et de vitesse est impossible chez les animaux plus gros, et les systèmes à vers plus anciens peuvent fournir des images floues car les vers nagent librement.
Nass a développé le premier modèle de ver de la maladie de Parkinson. Dans celui-ci, les animaux sont traités avec une toxine qui tue les neurones dopaminergiques. Sur la puce, les vers peuvent être triés à l'aide de signes visuels indiquant comment la toxine affecte leurs nerfs. Une telle expérience prend environ six mois en utilisant des techniques conventionnelles, explique Nass. Sur la puce de Yanik, cela prend un mois.
Dans le cadre d'une collaboration avec une grande société pharmaceutique internationale, Nass utilise les puces et ses vers pour découvrir d'éventuelles thérapies contre la maladie de Parkinson. Les humains ont des dizaines de milliers de neurones dopaminergiques connectés à des dizaines de milliers d'autres neurones, explique Nass. Les vers n'ont que huit neurones dopaminergiques, mais au niveau moléculaire, leur système nerveux est presque identique au système nerveux humain.
Dans un type d'expérience possible avec le nouveau dispositif microfluidique, les vers sur la puce peuvent être traités avec des composés pour des criblages de médicaments à haut débit. De tels criblages automatisés de médicaments, qui sont actuellement effectués sur des cellules individuelles, n'étaient pas pratiques dans le passé chez des animaux vivants entiers.
La puce de Yanik devrait également accélérer les criblages du génome entier qui aident les chercheurs à comprendre quels gènes sont nécessaires aux processus vitaux, tels que la capacité des cellules nerveuses à se remettre d'une blessure. Beaucoup de gènes chez les vers… fonctionnent de la même manière que dans les organismes supérieurs, dit Richard Roy , professeur agrégé de biologie à l'Université McGill. Plus précisément, la puce de Yanik pourrait aider à accélérer les expériences dans lesquelles les chercheurs font taire chaque gène de ver et observent ce qui se passe pour déterminer quels gènes sont nécessaires pour quels processus physiologiques.
Yanik utilise les puces pour étudier la génétique de la régénération nerveuse. Il a développé un laser très précis et intense pour effectuer des microchirurgies sur les vers. Le laser lui permet de sectionner très précisément une seule branche d'un neurone sans endommager les tissus environnants. Yanik fait taire chaque gène du génome entier du ver, un gène à la fois, puis coupe les neurones de chaque ver et observe le résultat. Si un ver avec un gène silencieux particulier ne peut pas guérir le nerf endommagé, cela suggère que le gène joue un rôle important dans le processus de guérison.
L'accélération des études sur les vers pourrait avoir de vastes implications pour la médecine génomique. Les vers fournissent un modèle particulièrement bon du système nerveux humain, et ils sont également largement utilisés pour étudier le développement, avec des implications pour les troubles du développement humain et le cancer, dit Roy. Les puces de Yanik, si elles tiennent leurs promesses, représenteraient une énorme amélioration de la vitesse, du volume et de la précision par rapport à ce qui est actuellement disponible.