Selon une étude menée par Stanford University publiée dans Proceedings of the National Academy of Sciences, l'optogénétique, un outil pour contrôler les neurones avec la lumière, a donné aux neuroscientifiques la possibilité d'activer et de désactiver les cellules du cerveau plus ou moins à volonté, révolutionnant les neurosciences. Or, les chercheurs ont découvert un moyen moins invasif de le faire: des nanoparticules injectables qui convertissent les ondes sonores, qui peuvent facilement pénétrer dans le cerveau, en lumière.
Selon les chercheurs, l'optogénétique est basée sur l'idée que les scientifiques peuvent modifier génétiquement des cellules, telles que les neurones, pour activer et désactiver certaines de leurs fonctions avec la lumière visible. Les chercheurs ont utilisé cet outil pour mieux comprendre comment l'information circule entre les différentes régions du cerveau, étudier les fondements du comportement social, de la cognition et de la mémoire et mieux comprendre les maladies neurologiques telles que la maladie de Parkinson.
Selon les chercheurs, le défi est que même dans les meilleurs cas, l'optogénétique légère doit pénètrer que les couches les plus hautes du cerveau. L'étude des régions cérébrales plus profondes nécessite des implants émetteurs de lumière tels que des fibres optiques. Non seulement ces implants sont invasifs, mais ils limitent le nombre de parties du cerveau que les chercheurs peuvent étudier à la fois.
Les chercheurs soulignent qu'une alternative moins invasive est la sonogénétique, qui utilise des ondes ultrasonores pour activer et désactiver les gènes. Contrairement à la lumière, le son, en particulier les ultrasons, peut pénétrer profondément dans les tissus de tout le corps, y compris le cerveau. Or la technique est toute nouvelle, et jusqu'à présent, il y a peu de gènes qui peuvent être modifiés pour être contrôlés par ultrasons.
Les chercheurs ont pensé que les ultrasons ont un potentiel, en particulier s'ils pouvaient trouver un moyen de convertir le son en lumière. Il s'est avéré qu'il existe un tel moyen sous la forme de matériaux mécanoluminescents, tels que le sulfure de zinc, qui émettent s'allume lorsqu'une pression externe est appliquée. En dopant les nanoparticules de sulfure de zinc avec du cobalt, les chercheurs ont découvert qu'ils pouvaient stocker l'énergie lumineuse dans les nanoparticules et la libérer plus tard par ultrasons.
Or, les chercheurs soulignent que deux obstacles subsistaient. Tout d'abord, ces derniers devaient rapprocher les nanoparticules des neurones du cerveau sans implants invasifs. Deuxièmement, ils avaient besoin d'un moyen de les recharger afin qu'ils soient prêts à libérer la lumière lorsqu'ils atteindraient leur destination. Pour résoudre ces deux problèmes, les chercheurs ont injecté leurs nanoparticules dans les vaisseaux sanguins de souris, de sorte que les nanoparticules circulaient constamment dans tout le corps, notamment dans le cerveau et la peau. Lorsque les nanoparticules s'écoulent à travers la peau, selon les chercheurs, la lumière pénètre suffisamment profondément pour charger les particules. Dans le cerveau, la lumière des nanoparticules est suffisamment proche pour activer les neurones optogénétiquement modifiés.
Les chercheurs ont d'abord testé leur idée dans un système circulatoire artificiel pour montrer qu'ils pouvaient faire en sorte que les nanoparticules s'allument, se rechargent et se rallument. Ils ont ensuite injecté les mêmes particules dans des souris et les ont soigneusement positionnées sous un appareil qui visait les ultrasons sur les circuits de contrôle moteur dans leur cerveau. Ensuite, l'équipe a découvert qu'ils pouvaient amener les souris à remuer les jambes simplement en activant l'échographie.
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