Un "interrupteur moléculaire" amélioré promet d'aider les aveugles, les sourds et les malades cardiaques
Une avancée significative dans le domaine de l'optogénétique
Un contrôle fiable et plus doux de l'activité cellulaire grâce à la lumière : Des chercheurs du Cluster of Excellence Multiscale Bioimaging (MBExC) et du Else Kröner Fresenius Center for Optogenetic Therapies (EKFZ OT) du University Medical Center Göttingen (UMG) ont mis au point une protéine sensible à la lumière qui peut restaurer la vision et l'ouïe et réguler le rythme cardiaque. La particularité : Même de très faibles doses de lumière suffisent à actionner cet "interrupteur moléculaire". Cela ouvre de nouvelles possibilités pour le développement de thérapies innovantes pour traiter la cécité, la surdité et l'arythmie cardiaque. Les résultats ont été publiés dans la revue "Nature Biomedical Engineering".
L'optogénétique est une technologie révolutionnaire qui utilise des protéines sensibles à la lumière, appelées channelrhodopsines, pour contrôler avec précision l'activité des cellules nerveuses et musculaires. Les plans génétiques de ces "interrupteurs moléculaires" sont introduits dans les cellules cibles au moyen de vecteurs viraux spécialement conçus. L'activité cellulaire peut alors être activée ou désactivée par des impulsions lumineuses programmées avec précision. Le domaine de l'optogénétique a ouvert de nouvelles possibilités dans le monde entier pour la recherche fondamentale, mais aussi pour le traitement des maladies. Afin d'utiliser cette technologie pour développer de nouvelles options thérapeutiques, par exemple pour les patients cardiaques, les malentendants et les aveugles, les protéines sensibles à la lumière et les virus doivent être adaptés de manière optimale pour garantir un bénéfice maximal et la sécurité requise pour l'utilisation chez l'homme.
Des chercheurs du pôle d'excellence de Göttingen en bio-imagerie multi-échelle (MBExC) et du centre Else Kröner Fresenius pour les thérapies optogénétiques (EKFZ OT) viennent de décrire le développement et l'application d'une nouvelle protéine photosensible particulièrement prometteuse. Cette nouvelle channelrhodopsine mise au point par le Dr Thomas Mager, chef du groupe de recherche à l'Institut des neurosciences auditives du Centre médical universitaire de Göttingen (UMG), et ses collègues est appelée "ChReef". "En modifiant spécifiquement le schéma génétique de cette protéine activable par la lumière et en utilisant, entre autres, des méthodes d'analyse robotisées, nous avons réussi à augmenter de manière significative l'efficacité de la stimulation optogénétique", explique le Dr Mager. "Tobias Moser, directeur de l'Institut des neurosciences auditives de l'UMG et porte-parole du MBExC et de l'EKFZ OT.
Applications thérapeutiques prometteuses de ChReef
Dans le cadre d'une étude approfondie, les chercheurs du MBExC et de l'EKFZ OT ont évalué l'efficacité de la nouvelle chanelrhodopsine et apporté la preuve du grand potentiel de ChReef dans les sciences de la vie et les applications cliniques.
Tobias Brügmann, chef de groupe de recherche au département de physiologie cardiovasculaire de l'UMG, membre du MBExC et conférencier adjoint de l'EKFZ OT, ont pu montrer, par exemple, que le nouvel "outil" peut mettre fin aux battements irréguliers des cardiomyocytes avec une dépense d'énergie minimale.
Emilie Macé, professeur de "dynamique des réseaux de cellules excitables" au département d'ophtalmologie de l'UMG, le nouvel outil a été testé sur des souris aveugles par le biais d'une thérapie génique administrée directement dans les yeux. Un test comportemental ultérieur a montré que les souris étaient capables de détecter des différences de luminosité sur un écran d'iPad. Ce type de restauration de la vision a déjà été testé chez l'homme dans d'autres études, mais avec les channelrhodopsines précédemment utilisées, des sources lumineuses très puissantes étaient nécessaires.
Une autre application possible de ChReef décrite par les auteurs est la restauration optogénétique de l'audition par le biais de l'implant cochléaire optogénétique (oCI). Ce dernier promet une meilleure résolution des différentes hauteurs par rapport à l'implant cochléaire électrique actuellement utilisé dans le monde entier pour la réhabilitation auditive. Dans l'étude récemment publiée, les chercheurs ont utilisé des doses de lumière extrêmement faibles pour "entendre avec la lumière". Avec le développement de ChReef, nous avons fait un pas important vers l'application clinique de l'implant cochléaire optogénétique, car il faut désormais beaucoup moins d'énergie pour "entendre avec la lumière"", explique le professeur Moser. "D'une part, cela réduit les dommages cellulaires causés par la lumière et, d'autre part, les piles durent plus longtemps. Pour l'application humaine, il est également important que la restauration de l'audition par la lumière soit également possible dans le modèle primate, comme l'ont montré pour la première fois les chercheurs dirigés par le professeur Marcus Jeschke, chef du groupe de recherche "Cognitive Hearing in Primates" au German Primate Center - Leibniz Institute for Primate Research (DPZ) à Göttingen. "ChReef représente une avancée significative dans le domaine de l'optogénétique et offre un grand potentiel pour la recherche fondamentale ainsi que pour les applications thérapeutiques, telles que les troubles du rythme cardiaque ou la restauration de l'audition et de la vision", ajoute le Dr Bettina Wolf, chercheuse postdoctorale à l'Institut des neurosciences auditives et co-auteure de l'étude.
Ce projet de recherche a été soutenu par le pôle d'excellence de Göttingen "Bioimagerie multi-échelle : des machines moléculaires aux réseaux de cellules excitables" (MBExC) et le Centre Else Kröner Fresenius pour les thérapies optogénétiques (EKFZ OT), qui est actuellement en cours de création et vise à faire progresser la traduction des thérapies optogénétiques en applications cliniques. "Le développement de nouvelles méthodes est étroitement lié aux applications scientifiques et médicales prévues ici à Göttingen. Nous apprenons les uns des autres et pouvons ainsi progresser de manière particulièrement efficace dans le développement des thérapies optogénétiques", souligne le professeur Moser, soulignant le potentiel de la collaboration synergique entre le MBExC et l'EKFZ OT à Göttingen.
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Publication originale
Alexey Alekseev, Victoria Hunniford, Maria Zerche, Marcus Jeschke, Fadhel El May, Anna Vavakou, Dominique Siegenthaler, Marc A. Hüser, Svenja M. Kiehn, ... Stuart Trenholm, Emilie Macé, Kathrin Kusch, Tobias Bruegmann, Bettina J. Wolf, Thomas Mager, Tobias Moser; "Efficient and sustained optogenetic control of sensory and cardiac systems"; Nature Biomedical Engineering, 2025-7-28
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