Actualités  –  publiée le 3/10/2021 par Équipe de rédaction Santélog

Nature Communications

C’est une nouvelle étape dans le domaine de la neuro-exploration mais aussi dans le contrôle à distance de la fonction neuronale. Les rayons X permettent en effet de contrôler nos neurones  (Visuel Adobe Stock 236237463)

C’est une nouvelle étape dans le domaine de la neuro-exploration mais aussi dans le contrôle à distance de la fonction neuronale.

Les rayons X permettent en effet de contrôler nos neurones : des scintillateurs émettent de la lumière visible lors d’une irradiation aux rayons X dans les cellules du cerveau et activent ensuite des opsines, des protéines capables de réagir à l’énergie lumineuse, pour contrôler la fonction neuronale.

Ces travaux expérimentaux et in vivo d’une équipe de scientifiques de la Fujita Health University, publiés dans la revue Nature Communications, illustrent les grands progrès de l’optogénétique qui permet aujourd’hui d’intervenir dans les régions les plus profondes du cerveau.

L’optogénétique s’avère donc une « technique élégante » de contrôle des neurones du cerveau à l’aide de la lumière.

Les neurones sont chargés de ces protéines opsines, sensibles à la lumière, qui la convertissent en signaux électriques pour activer les neurones.

L’innovation ici réside dans l’atteinte de zones profondes du cerveau mais en surmontant l’obstacle des lésions tissulaires étendues, de la toxicité lumineuse et plus largement, des effets nocifs de l’irradiation thermique.

Les rayons X pour atteindre des zones plus profondes du cerveau

Les chercheurs japonais utilisent en effet ici les rayons X pour pénétrer dans les régions profondes du cerveau et apportent ici une preuve du concept in vivo de contrôle à distance des fonctions cérébrales sans dommages collatéraux.

Le principe de base est un scintillateur nommé Ce:GAGG qui émet une lumière jaune lorsqu’il est irradié par des rayons X.

Pour obtenir ce scintillateur, les scientifiques ont broyé des cristaux en particules de la taille d’un micromètre avant de les injecter dans le cerveau (Voir visuel ci-contre) ;

  • Les rayons X ont une forte capacité de pénétration qui leur permet d’atteindre les zones les plus profondes du cerveau. Cependant, les opsines ne répondent pas aux rayons X. Ainsi, pour convertir le rayonnement en lumière visible, les chercheurs ont développé ces scintillateurs ;
  • En réponse aux rayons X, les microparticules émettent ainsi une lumière jaune qui active les opsines pour exciter ou inhiber les neurones ;
  • Les chercheurs apportent une preuve de concept de la technologie, in vivo, chez des souris.

L’auteur principal, le professeur Yamashita explique :

« Les scintillateurs, qui émettent de la lumière visible lorsqu’ils sont irradiés par des rayons X, ont été largement utilisés dans les machines d’inspection aux rayons X et les tomodensitogrammes, mais leurs applications en biologie sont restées limitées.

Nos travaux reposent sur l’une des premières applications des scintillateurs aux neurosciences comportementales ».

Un contrôle effectif de la fonction neuronale et du comportement : les scientifiques ont vérifié chez la souris si cette activation via par les rayons X et les opsines permettait bien d’induire un changement de comportement.

Ils ont donc réalisé un test de préférence de place conditionné dans lequel les souris avaient le choix entre 2 compartiments, dont l’un était exposé aux rayons X.

Avant l’irradiation aux rayons X, aucune souris ne montrait de préférence pour un compartiment mais après irradiation aux rayons X, les souris avec opsines excitatrices ont bien montré une préférence accrue pour le compartiment irradié aux rayons X et les souris avec opsines inhibitrices ont adopté le comportement opposé.

Les rayons X permettent ainsi de dépasser l’optogénétique « traditionnelle ».

S’il existe de nombreuses technologies biomédicales qui utilisent la lumière pour contrôler les fonctions des protéines, ces technologies jusque-là ne permettaient pas de cibler les tissus profonds.

La nouvelle technologie n’est presque pas contrainte par la profondeur du tissu.

L’optogénétique à base de scintillateurs ouvre ainsi, et de manière non invasive, de nombreuses applications, de la modulation des neurones pour la recherche, au traitement des troubles neurologiques et jusqu’au contrôle des comportements ?

Source: Nature Communications 22 July 2021 DOI: 10.1038/s41467-021-24717-1 Remote control of neural function by X-ray-induced scintillation