Publié le : 22 juillet 20227 mins de lecture
La recherche optogénétique donne des résultats prometteurs, une alternative aux implants conventionnels dans le futur pourrait être les implants optogénétiques tels qu’ils sont actuellement développés. Dans ce cas, des interrupteurs moléculaires de lumière appelés rhodopsines de canal doivent être insérés dans les cellules du nerf auditif de l’oreille.
Les implants cochléaires optogénétiques
Les implants cochléaires stimulent le nerf auditif au moyen de petites électrodes et peuvent ainsi restaurer au moins une partie de la capacité auditive. Cependant, la capacité auditive des personnes ayant un implant cochléaire est limitée par la réduction des informations sur la hauteur des sons. À l’avenir, les implants optogénétiques tels que ceux qui sont actuellement développés au campus de Göttingen pourraient constituer une alternative aux implants conventionnels. Dans ce cas, des interrupteurs moléculaires de lumière, appelés rhodopsines de canal doivent être insérés dans les cellules nerveuses auditives de l’oreille. Des rhodopsines de canal avec des temps d’ouverture particulièrement courts et les a insérées dans les cellules nerveuses du cerveau et de l’oreille-de-souris. Les chercheurs ont ainsi réussi à piloter le déclenchement d’impulsions nerveuses dans différents types de cellules nerveuses avec des impulsions de lumière rouge proches de la limite physiologique des cellules respectives. Les canaux sont spécifiquement introduits dans le nerf auditif de l’oreille par des navettes de gènes, une condition préalable importante pour l’amélioration du traitement des fréquences sonores. Les implants cochléaires optogénétiques pourraient même un jour permettre aux personnes gravement malentendantes d’apprécier la musique. Les implants cochléaires conventionnels stimulent les cellules nerveuses auditives de la cochlée à l’aide de 12 à 24 électrodes, contournant ainsi les cellules sensorielles défectueuses ou perdues. Bien que les électrodes des implants soient petites, chacune d’entre elles stimule une large gamme de fréquences. Cependant, cela rend difficile pour le cerveau de distinguer les signaux acoustiques ayant un contenu en fréquence similaire. Par conséquent, les porteurs d’implants cochléaires peuvent généralement comprendre la parole, mais cela n’est possible que dans un environnement calme. Les mélodies de la parole et de la musique ne leur sont guère accessibles. S’il était possible de stimuler les cellules nerveuses auditives avec une plus grande précision spatiale et de faciliter ainsi la distinction entre les fréquences, l’audition, pourrait être considérablement améliorée.
Canaux ioniques comme interrupteurs lumineux
Le domaine relativement jeune de l’optogénétique permet depuis quelques années déjà aux neuroscientifiques d’allumer et d’éteindre des cellules nerveuses individuelles à l’aide de la lumière. Pour activer les cellules, le canal ionique photosensible appelé rhodopsine canal, originaire d’algues unicellulaires est introduit dans la membrane cellulaire à l’aide d’un virus. Les rhodopsines canaux disponibles sont probablement trop lentes pour les cellules du nerf auditif, un obstacle sérieux sur la voie des implants cochléaires optogénétiques.
Vitesse de feu maximale
Plusieurs types de molécules avec différentes longueurs d’onde d’absorption en interrupteurs moléculaires de lumière particulièrement rapides basés sur la structure de la rhodopsine en canal par des mutations ponctuelles appropriées. Plus la vitesse de commutation des canaux ioniques est rapide, plus les cellules nerveuses peuvent envoyer des impulsions électriques. Ces interrupteurs rapides ont un grand potentiel pour entendre avec la lumière, mais aussi pour être utilisés dans de nombreux autres domaines du système nerveux, par exemple, pour les neurones inhibiteurs à action particulièrement rapide. Certains des canaux développés par les chercheurs de Francfort ont d’abord été testés dans des cultures cellulaires pour voir s’ils sont assez rapides pour faire exploser rapidement les cellules nerveuses. Pour les expériences menées dans l’oreille interne de la souris, deux variantes à grande vitesse de commutation pouvant être excitées par une lumière rouge se sont révélées particulièrement adaptées. Contrairement aux canaux qui peuvent être activés par la lumière bleue, les canaux appelés fast Chrimson sont activés par la lumière rouge, une propriété importante, car la lumière rouge pénètre particulièrement bien dans les tissus vivants en raison de la faible diffusion de la lumière. En outre, elle endommage moins les cellules que la lumière bleue. Les expériences avec les cellules nerveuses du cerveau et le nerf auditif des souris montrent que les canaux peuvent déclencher des impulsions électriques d’une fréquence allant jusqu’à 600 Hertz. Cela correspond à peu près au taux d’excitation naturel maximum, et ce, à faible intensité lumineuse. Comme les cellules nerveuses ne produisent pas naturellement les rhodopsines des canaux, les scientifiques doivent utiliser une astuce de biologie moléculaire. Les chercheurs utilisent des virus inoffensifs comme navettes de gènes pour amener le gène dans les cellules nerveuses. Les cellules du nerf auditif produisent de grandes quantités de protéines de canal après l’injection du virus dans la cochlée des souris. Les flashes à laser, qui étaient dirigés à travers une fibre de verre de 50 micromètres d’épaisseur dans la cochlée, déclenchaient ensuite des impulsions électriques dans le nerf auditif et le tronc cérébral des animaux. Les chercheurs ont également pu démontrer une réponse du système auditif avec une bonne résolution temporelle chez de vieux animaux à l’audition réduite. En raison de la stimulation temporelle, précise des cellules nerveuses et d’une résolution en fréquence plus élevée, les implants cochléaires optogénétiques promettent une qualité d’audition nettement améliorée par rapport aux implants électriques. Les patients atteints d’une perte auditive sévère pourraient probablement comprendre la parole dans des environnements bruyants et apprécier la musique. Cependant, des études supplémentaires sont nécessaires avant que les implants optogénétiques puissent être utilisés dans la pratique.
Utilisation dans l’œil
En plus de cette étude, le potentiel des méthodes optogénétiques pour la médecine est surtout démontré par leur utilisation dans la rétine de l’œil. Actuellement, un traitement à base de rhodopsine est testé sur des patients souffrant d’une destruction progressive des cellules photosensibles de la rétine, appelée rétinite pigmentaire. Les premiers résultats montrent que les patients sont capables de répondre à nouveau aux stimuli lumineux.