Hervé Henry Il y a près de 20 ans, les scientifiques ont développé des moyens de stimuler ou de faire taire les neurones en les éclairant. Cette technique, connue sous le nom d’optogénétique, permet aux chercheurs de découvrir les fonctions de neurones spécifiques et remark ils communiquent avec d’autres neurones pour former des circuits.
les chercheurs du MIT et de l’Université de Harvard ont maintenant mis au level un moyen d’obtenir des changements à as well as very long terme dans l’activité des neurones. Avec leur nouvelle stratégie. ce qui modifie leur excitabilité (la power ou la faiblesse de leur réponse aux signaux électriques et physiologiques).
Des changements dans l’excitabilité des neurones ont été liés à de nombreux processus dans le cerveau. et ont également été observés dans certains troubles cérébraux, notamment la maladie d’Alzheimer.
“Ce nouvel outil est conçu pour régler l’excitabilité des neurones de haut en bas d’une manière contrôlable par la lumière et à lengthy terme, ce qui permettra aux scientifiques d’établir directement la causalité entre l’excitabilité de divers varieties de neurones et les comportements des animaux”, explique Xiao Wang, le Thomas D. et Virginia Cabot Professeur adjoint de chimie au MIT, et membre du Wide Institute du MIT et de Harvard.”
Wang et Jia Liu, professeur adjoint à la Harvard Faculty of Engineering and Used Sciences, sont les principaux auteurs de l’article, qui paraît aujourd’hui dans Science Advancements.
Chanan Sessler, étudiante diplômée du MIT au département de chimie Yiming Zhou, postdoc au Wide Institute et Wenbo Wang, étudiant diplômé à Harvard, sont les principaux auteurs de l’article.
Manipulation membranaire
L’optogénétique est un outil que les scientifiques utilisent pour manipuler l’activité des neurones, en les concevant pour exprimer des canaux ioniques sensibles à la lumière. Lorsque ces neurones modifiés sont exposés à la lumière, les changements dans le flux d’ions à travers les canaux suppriment ou stimulent l’activité des neurones.
“En utilisant la lumière, vous pouvez ouvrir ou fermer ces canaux ioniques, ce qui excitera ou fera taire les neurones. mais cela signifie que si vous voulez contrôler ces neurones, vous devez les illuminer constamment », dit Sessler.
L’équipe du MIT et de Harvard a entrepris de modifier la procedure afin qu’elle puisse générer des changements d’excitabilité moreover durables, plutôt qu’une activation ou une suppression transitoire de l’activité. Pour ce faire.
les neurones deviennent moins excitables, c’est-à-dire moins susceptibles de déclencher un potentiel d’action en réponse à l’entrée d’autres cellules. les neurones deviennent in addition excitables.
“L’excitabilité des neurones est régie par deux propriétés membranaires . Alors que de nombreuses études se sont concentrées sur la conductivité membranaire exécutée par les canaux ioniques. explique Liu.
Alors qu’ils étaient postdoctoraux à l’Université de Stanford, Liu et ses collègues ont montré qu’ils pouvaient modifier l’excitabilité des neurones en les incitant à assembler des polymères conducteurs ou isolants dans leurs membranes. Dans cette étude, publiée en 2020. Cependant. Cela posait également un specified risque car la réaction nécessite du peroxyde d’hydrogène, qui peut endommager les cellules.
Pour surmonter ces limits. Au lieu d’utiliser la peroxydase, les chercheurs ont utilisé une protéine wise à la lumière génétiquement modifiée qui peut catalyser la development de polymères.
Travaillant avec des neurones cultivés dans une boîte de laboratoire, les chercheurs ont conçu les cellules pour exprimer cette protéine reasonable à la lumière, connue sous le nom de miniSOG. Lorsqu’il est activé par les longueurs d’onde bleues de la lumière. Dans le même temps, les chercheurs exposent les cellules à des blocs de design soit d’un polymère conducteur, connu sous le nom de PANI, soit d’un polymère isolant, connu sous le nom de PDAB.
les espèces réactives de l’oxygène incitent ces blocs de construction à s’assembler en PDAB ou PANI.
En utilisant une system connue sous le nom de patch-clamp de cellules entières, les chercheurs ont découvert que les neurones avec des polymères PANI conducteurs devenaient moins excitables, tandis que les neurones avec des polymères PDAB isolants devenaient plus excitables. Ils ont également constaté que des expositions à la lumière furthermore longues produisaient des changements plus importants d’excitabilité.
« L’avantage de la polymérisation optogénétique est le contrôle temporel précis de la réaction de polymérisation, ce qui permet un réglage progressif prévisible des propriétés de la membrane », explique Zhou.
Changements durables
Les chercheurs ont montré que les changements d’excitabilité duraient jusqu’à trois jours, c’est-à-dire aussi longtemps qu’ils pouvaient maintenir les neurones en vie dans leur boîte de laboratoire. espèrent-ils, dans le cerveau d’animaux comme la souris ou le ver C. elegans.
De telles études animales pourraient aider à faire la lumière sur la façon dont les changements dans l’excitabilité des neurones affectent des troubles tels que la sclérose en plaques et la maladie d’Alzheimer, selon les chercheurs.
puis voir si cela a l’effet désiré sur le comportement », dit Wenbo Wang. “Dans un avenir proche, nous l’utiliserons davantage comme modèle pour étudier ces maladies.”
La recherche a été financée par le Searle Scholars Software, le Stanley Heart for Psychiatric Study du Wide Institute. la Countrywide Science Basis par le biais du Harvard University Materials Investigation Science and Engineering Center et le Harvard Fonds compétitif du doyen pour une bourse prometteuse.
