Science en développement, l’optogénétique a un avenir prometteur dans la prise en charge de certains handicaps sensoriels ou moteurs, dus à des dysfonctionnements de la transmission du message nerveux.
Le principe est d’introduire dans les cellules cibles un gène qui induit la production d’une protéine photosensible. Grâce à elle, lorsque les cellules traitées sont exposées à une longueur d’onde lumineuse spécifique, elles produisent un courant électrique qui permet de rétablir la communication nerveuse.
Optogénétique : qu’est-ce que c’est ?
Chez les êtres vivants dotés d’un système nerveux (« eumétazoaires »), celui-ci a deux rôles principaux. En premier lieu, il intervient au niveau des sens, comme la vue ou l’ouïe, en transférant des signaux provenant du milieu extérieur au cerveau, qui se charge ensuite de les analyser. Par ailleurs, les nerfs moteurs, qui vont du système nerveux central (cerveau et moelle épinière) aux muscles, permettent de contracter ces derniers pour déclencher des mouvements.
Dans les deux cas, c’est l’établissement d’un courant électrique qui permet cette communication.
Si les capteurs naturels que sont l’œil et l’oreille sont incapables de traduire les signaux extérieurs en flux électrique ensuite transmis aux nerfs, le cerveau ne reçoit pas les informations. Autrement dit, les fonctions visuelles et auditives deviennent inopérantes.
De même, si un nerf moteur ne peut pas faire parvenir au muscle associé une onde électrique, la contraction musculaire ne se fait pas et les mouvements deviennent impossibles.
L’optogénétique a pour objectif de restaurer la possibilité de génération d’un courant électrique par les organes sensoriels ou les nerfs qui n’en sont plus capables.
Pour cela, le principe est d’introduire dans les cellules à traiter un gène déclenchant la fabrication d’une protéine « photosensible » qui réagit à une longueur d’onde lumineuse spécifique.
Une fois réalisée cette opération de thérapie génique, lorsque les cellules traitées sont exposées à cette longueur d’onde spécifique, elles génèrent un courant électrique. Il permet de nouveau la circulation de l’information des organes sensoriels au cerveau ou déclenche une contraction musculaire à l’origine d’un mouvement.
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L’optogénétique pour restaurer la fonction visuelle
La fonction visuelle repose sur un processus complexe.
Après réfraction des rayons lumineux par la cornée et le cristallin, ceux-ci viennent se focaliser à la surface de la rétine. Là sont localisées des cellules photoréceptrices, les cônes et les bâtonnets, qui ont la capacité de traduire l’information lumineuse reçue en signal électrique. Celui-ci est ensuite transmis au nerf optique, puis, via ce dernier, au cerveau.
Certaines pathologies oculaires, à l’origine de cécité, ont pour cause un dysfonctionnement des cellules photoréceptrices rétiniennes.
C’est notamment le cas de la rétinopathie pigmentaire, dont de récents essais de traitement optogénétique ont donné des résultats extrêmement prometteurs bien que la méthode en soit encore au stade expérimental.
Notamment, au cours de l’une de ces études, à l’aide d’un vecteur viral (adénovirus) classiquement utilisé en thérapie génique, les chercheurs ont inséré dans le génome de certaines cellules rétiniennes un gène codant pour la synthèse d’une protéine d’origine algale et de la famille des opsines. Cette molécule induit la production de courant électrique par les cellules modifiées génétiquement lorsqu’elles sont exposées à de la lumière « ambrée ».
Le patient a alors été équipé de lunettes particulières, qui convertissent les ondes lumineuses reçues par l’œil en images aux teintes rouge-orangées d’intensité variable. Sous l’effet de ces stimuli, les cellules rétiniennes transgéniques sont alors devenues capables de produire un courant électrique ensuite transmis au cerveau par le biais du nerf optique.
Après plusieurs mois d’apprentissage et d’adaptation, le sujet humain sur lequel a été mené ce protocole expérimental est aujourd’hui capable de discerner les objets qui l’entourent.
Ces espoirs de traitement optogénétique des cas de rétinopathie pigmentaire ont depuis été confirmés par les résultats obtenus au cours d’une autre étude sur deux sujets atteints de cécité depuis plus de 15 ans.
D’autres essais sont encore en cours et il faudra du temps avant que cette technique ne soit éventuellement disponible en routine. Elle offre néanmoins de belles perspectives de traitement pour les sujets atteints de cécité mais qui présentent un nerf optique fonctionnel.
Application de l’optogénétique à la restauration de la fonction auditive
Lorsque l’audition est fonctionnelle, les ondes sonores font vibrer le tympan, qui les transmet à un ensemble d’os, les osselets. Ces vibrations transitent ensuite jusqu’à la cochlée, dans l’oreille interne, au niveau de laquelle elles sont traduites en signal nerveux et atteignent le nerf auditif.
Certaines surdités trouvent leur origine dans une déficience de communication entre la cochlée et le nerf en charge de transmettre le signal au cerveau. L’optogénétique laisse aussi entrevoir des possibilités de traitement dans ce cas.
Des travaux ont notamment été réalisés sur des rongeurs. La première étape a consisté à introduire le gène d’une opsine dans le génome de leurs cellules cochléaires. Puis, un implant externe a été mis en place, pour transformer les vibrations sonores en signaux lumineux. Ceux-ci étaient alors véhiculés jusqu’à la cochlée via une fibre optique. Ainsi, sous l’effet de la lumière transmise, les cellules de la cochlée contenant le gène de l’opsine ont permis de générer un courant électrique pour stimuler le nerf auditif.
Les résultats de ces essais de laboratoire ont été suffisamment prometteurs pour que le démarrage de tests cliniques sur l’Homme ait été décidé en 2025.
Optogénétique et handicaps moteurs
Certains handicaps moteurs sont dus à une absence de stimulation nerveuse des muscles. Or, certaines études récentes ont montré qu’il était possible de rendre les cellules du muscle cardiaque sensibles à la lumière, là encore après introduction dans leur ADN d’un gène déclenchant la fabrication d’une protéine photosensible.
À l’origine, l’idée était de perfectionner les dispositifs cardiologiques implantables (pacemaker) pour les rendre moins énergivores. Mais, plus généralement, ces résultats sont porteurs d’espoir pour les patients paralysés par atteinte de la moelle épinière.
En premier lieu, sans parler d’optogénétique, l’électrostimulation a donné ces dernières années des résultats particulièrement satisfaisants. Ainsi, des patients paraplégiques équipés d’un boîtier de commande dispensant des impulsions électriques au niveau de la moelle épinière sont redevenus capables de bouger leurs membres inférieurs. Certes, leur marche n’est pas fluide et nécessite, après un long entraînement, l’utilisation d’un déambulateur.
Il s’agit quoi qu’il en soit d’une avancée extraordinaire. L’étape suivante sera certainement de mettre en place des traitements expérimentaux basés sur l’optogénétique.
Des premiers tests optogénétiques ont déjà été réalisés en laboratoire sur des souris paralysées. La modification génétique de certains de leurs neurones pour les rendre photosensibles a permis une récupération partielle de la motricité.
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