Un cerveau sur une puce
Les chercheurs du Laboratoire National Lawrence Livermore ont développé une nouvelle application pour la technologie du “cerveau sur une puce”. Ce dispositif peut tester les effets de divers agents biologiques et chimiques sur le cerveau au fil du temps. Leur étude, publiée dans PLOS en novembre 2017, fait partie d’une recherche croissante visant à créer cette technologie dans l’espoir de remplacer les tests sur les animaux à l’avenir.
La technologie appelée “cerveau sur une puce” se compose principalement d’une plaque de semi-conducteurs sur laquelle les chercheurs installent un réseau de nanofils. Lorsqu’ils ajoutent des cellules cérébrales, celles-ci utilisent ces nanofils comme structure pour former des circuits neuronaux fonctionnels qui imitent les connexions naturelles dans le cerveau humain. Après la mise en place de ce réseau, les chercheurs peuvent non seulement examiner les connexions existantes, mais aussi analyser les impacts de maladies ou de traumas.
Votre cerveau sur une puce | Max Jackson | TEDxOrlando
En janvier 2017, des chercheurs de l’école d’ingénierie de Harvard ont réalisé des avancées notables avec un tel appareil. Ce dispositif leur a permis d’identifier les différences entre les neurones selon leur origine dans le cerveau, ainsi que leurs connections, offrant des aperçus sur les bases neurologiques de la schizophrénie. Plus tard, l’Université Nationale d’Australie a amélioré la technique de mise en place des nanofils, créant ainsi les premiers circuits neuronaux opérationnels.
Étude des agents chimiques sur le cerveau
Le dernier projet de recherche au LLNL a démontré que cet outil pouvait analyser les effets d’une exposition prolongée à des agents chimiques et biologiques sur le cerveau. L’équipe était particulièrement intéressée par les expositions chimiques potentielles vécues par les soldats, qui sont déjà une préoccupation pour les études neurologiques, notamment en raison du taux élevé de stress post-traumatique.
Dans leur étude, les chercheurs se sont concentrés sur comment les cellules cérébrales réagissent à divers agents chimiques et la manière dont ces agents modifient le cerveau au cours du temps. Ils espèrent qu’une meilleure compréhension des mécanismes impliqués permettra de développer des antidotes, des traitements ou des mesures préventives pour protéger les soldats.
Le prototype utilisé par l’équipe a été conçu pour inclure des inserts personnalisés, permettant de modéliser différentes régions du cerveau, en les échangant pour étudier leurs interconnexions. Cela leur permet également de se déplacer facilement entre le “monde macro” et le “monde micro”, en plaçant plusieurs types de cellules dans des espaces bien plus restreints que par le passé.
L’équipe a également pu observer les impulsions électrochimiques, appelées “modèles de potentiel d’action”, se produisant entre les cellules cérébrales lors de leur communication. Ils ont ainsi pu suivre comment cette communication évolue, notamment lorsqu’une cellule est exposée à des agents chimiques perturbateurs.
« Bien que nous sachions qu’une forte exposition a des conséquences négatives, il faut aussi considérer le soldat qui subit une exposition faible, mais prolongée », a expliqué Elizabeth Wheeler, investigatrice principale du projet. « Avec cet équipement, nous pourrions prévoir comment le cerveau sera affecté. Comprendre ces effets permettra de mettre en place des protections adéquates pour les soldats. »
Vers un avenir sans tests sur les animaux ?
Comme le souligne Dave Soscia, co-auteur de l’étude, il n’est pas encore possible de reproduire complètement un cerveau en dehors de son environnement naturel. Toutefois, chaque avancée réalisée permet d’accroître la complexité des dispositifs, s’orientant dans la bonne direction. L’objectif est que, dans le futur, les chercheurs aient assez de confiance en ces systèmes pour que les résultats obtenus par le biais de tests chimiques ou de médicaments soient comparables à ceux observés dans un organisme humain.
« Grâce à cette technologie, nous pourrions par exemple simuler un soldat exposé brièvement sur un champ de bataille et observer l’évolution de ses neurones pendant six mois. Peut-être qu’il se remettra de cette exposition initiale, mais après six mois, certaines anomalies pourraient persister », a ajouté Kris Kulp, biologiste au LLNL. « C’est le seul système capable de permettre une telle expérimentation sur des cellules humaines. »
La prochaine étape consistera à collaborer avec des informaticiens, des statisticiens et d’autres experts pour analyser en profondeur les données fournies par ce dispositif remarquable.
FAQ
Qu’est-ce que la technologie “cerveau sur une puce” ?
Il s’agit d’une plateforme qui permet de cultiver des cellules cérébrales sur un support en semi-conducteurs, permettant ainsi d’étudier leur comportement et leurs interconnexions.
Quels sont les avantages de cette technologie ?
Elle permet de simuler des conditions réelles et d’étudier les effets de substances sur les neurones sans recourir aux tests sur les animaux, améliorant ainsi la recherche en neurologie.
Comment les tests sont-ils effectués avec ce dispositif ?
Les chercheurs exposent les neurones à divers agents chimiques et mesurent leurs réponses à l’aide de techniques avancées de surveillance des signaux électriques.
Quels types d’agents chimiques sont étudiés ?
Les études portent principalement sur des agents chimiques auxquels les soldats pourraient être exposés durant des opérations militaires, dans le but d’évaluer leurs effets à long terme sur le système nerveux.
Quel est l’impact potentiel sur les traitements médicaux ?
Cette recherche pourrait mener à des traitements ou des antidotes pouvant protéger les soldats des effets néfastes des expositions chimiques.
