
Développer la première technique pour trouver l’agent causal des maladies cérébrales
Principes de fonctionnement, conception et fabrication de la sonde neuronale RTBM MEMS multitige. (UN) Illustration schématique de la configuration permettant de surveiller simultanément plusieurs produits neurochimiques en temps réel tout en enregistrant l’activité neuronale électrique à l’aide de la sonde neuronale RTBM avec des biocapteurs intégrés sur le corps de la sonde. L’ECF extrait circule vers le biocapteur pour permettre une surveillance en temps réel de la concentration de produits neurochimiques. (B) Diagrammes schématiques du système de sonde neuronale RTBM qui se compose de quatre biocapteurs recouverts de couches d’enzymes, de deux tiges, d’une puce d’interface basée sur PDMS avec des chemins de fluide et de tubes pour appliquer une pression externe. Les électrodes du biocapteur sont recouvertes de couches bloquant les interférences et d’une enzyme permettant une réaction sélective avec des produits neurochimiques et placées dans une chambre microfluidique. (C) Schéma schématique du corps de la sonde avec biocapteurs à trois électrodes, administration d’aCSF, administration de médicaments et extraction d’ECF pour la surveillance en temps réel des produits neurochimiques. (D) Image optique de la sonde neuronale RTBM MEMS multitige fabriquée. (E) Image SEM des biocapteurs et de l’entrée et de la sortie des canaux configurés dans le corps de la sonde neurale multitige RTBM MEMS. (F) Image SEM d’une pointe de tige avec un réseau d’électrodes d’enregistrement, une entrée d’extraction et une sortie de distribution. (g) Image optique du réseau de biocapteurs du corps de la sonde neurale RTBM multitige emballé. (H) Image optique de la sonde neuronale RTBM MEMS multitige emballée. Crédit: Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2219231120
Le professeur Il-Joo Cho de la Faculté de médecine de l’Université de Corée et son équipe de recherche ont développé avec succès la première puce cérébrale capable de mesurer simultanément plusieurs types de neurotransmetteurs en temps réel.
Les neurotransmetteurs sont essentiels aux fonctions cérébrales humaines, et on sait que lorsque la concentration de neurotransmetteurs est faible ou élevée, cela provoque diverses maladies cérébrales dues à des anomalies du fonctionnement cérébral. Par exemple, des niveaux élevés ou faibles de dopamine dans des régions spécifiques du cerveau provoquent la maladie de Parkinson et la schizophrénie.
Afin de traiter efficacement ces maladies cérébrales, la concentration de neurotransmetteurs doit se situer dans une plage normale. Cela implique que les neurotransmetteurs peuvent être utilisés comme traitement potentiel des maladies cérébrales. Par conséquent, il est nécessaire de mesurer avec précision les neurotransmetteurs dans des régions spécifiques du cerveau pour identifier les causes de diverses maladies cérébrales et développer des traitements.
Cependant, la mesure précise des neurotransmetteurs s’est révélée difficile, en particulier lorsque plusieurs neurotransmetteurs doivent être mesurés simultanément. Cette complexité a entravé l’exploration de la corrélation entre les différents neurotransmetteurs dans les études.
La puce cérébrale développée par l’équipe du professeur Il-Joo Cho est conçue pour être insérée dans des régions spécifiques du cerveau, lui permettant de mesurer simultanément les neurotransmetteurs et les signaux neuronaux. La puce intègre un tube de fluide qui facilite l’extraction du liquide céphalo-rachidien.
Par la suite, ce fluide est dirigé vers un réseau de capteurs intégrés, permettant l’observation en temps réel de divers neurotransmetteurs présents dans le fluide. Remarquablement, la petite taille de la puce cérébrale, mesurant seulement 0,1 mm, minimise les dommages tissulaires lors de l’insertion, la rendant environ huit fois plus petite que les sondes conventionnelles utilisées pour l’extraction du liquide céphalo-rachidien.
De plus, grâce à l’application de la puce cérébrale dans un test sur souris, l’équipe a réussi à démontrer la connectivité fonctionnelle des circuits neuronaux entre le cortex préfrontal et la région thalamique, qui sont des régions du cerveau associées à la schizophrénie. L’équipe a également montré que ces deux régions sont connectées via des neurones glutamatergiques excitateurs.
Lorsque le cortex préfrontal a été stimulé, l’équipe a observé une augmentation ultérieure de la concentration d’acide glutamique dans la région thalamique. De plus, l’équipe a observé des changements dans les signaux neuronaux correspondant à l’activité des neurones de l’acide glutamique.
Le professeur Il-Joo Cho a déclaré : « la puce cérébrale que nous avons développée est le premier système capable de mesurer et d’analyser en temps réel les signaux neuronaux et divers produits neurochimiques dans plusieurs régions cérébrales complexes. » Il a en outre souligné : « Nous espérons qu’il s’agira d’un outil précieux dans le processus d’identification des neurotransmetteurs liés aux maladies cérébrales et dans le développement de traitements pour ceux-ci. »
Les résultats sont publiés dans la revue Actes de l’Académie nationale des sciences.
Plus d’information:
Uikyu Chae et al, Une sonde neuronale pour la mesure simultanée en temps réel de plusieurs substances neurochimiques avec électrophysiologie dans plusieurs régions du cerveau in vivo, Actes de l’Académie nationale des sciences (2023). DOI : 10.1073/pnas.2219231120
Fourni par le Collège universitaire de médecine de Corée
Citation: Développer la première technique pour trouver l’agent causal des maladies cérébrales (26 octobre 2023) récupéré le 26 octobre 2023 sur
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