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La solution à la maladie d’Alzheimer ? L’UE travaille sur des micropuces de la taille d’un timbre qui imitent le cerveau humain

by Nouvelles

La technologie avancée du cerveau sur puce développée par des chercheurs financés par l’UE contribue à rationaliser les traitements potentiels des maladies neurologiques.

Un cerveau humain sur une puce ressemble à quelque chose sorti d’un film de science-fiction, comme un gadget qui alimente un cyborg maléfique.

Mais le Dr Raquel Rodrigues, ingénieure chimiste et biologique au Laboratoire international ibérique de nanotechnologie (INL) à Braga, au Portugal, estime qu’un tel dispositif sera essentiel pour développer des traitements plus efficaces contre des troubles neurologiques graves tels que la maladie d’Alzheimer.

“Le cerveau est un organe très complexe et intrigant”, explique Rodrigues. “Nous avons besoin d’une surveillance électronique des cellules et des pièces expérimentales afin de pouvoir découvrir leur fonctionnement.”

Le cerveau sur une puce

Grâce au financement de la recherche de l’UE, Rodrigues et ses collègues chercheurs de l’INL ont pu construire une micropuce unique qui émule le cerveau, dans le cadre d’un effort de recherche appelé BrainChip4MEDqui a duré deux ans et s’est terminé en février 2024.

La recherche comprenait un détachement de 12 mois au Brigham and Women’s Hospital, qui fait partie de la Harvard Medical School et est une institution pionnière dans le développement d’organes sur puce (OoC) et de biocapteurs.

L’ingénieux dispositif miniature développé par les chercheurs ressemble aux puces des ordinateurs ou des smartphones, mais il est bien plus complexe.

Le cerveau sur puce simule le fonctionnement du cerveau humain, reliant la chimie, l’ingénierie et la biologie pour créer un système complexe de micro-biocapteurs pour le criblage en temps réel de nouvelles nanothérapies.

Basée sur une technologie appelée microfluidique, la puce possède plusieurs microcanaux – mesurant des dizaines à des centaines de micromètres – à travers lesquels les fluides peuvent passer. Ainsi, de très petites quantités de produit peuvent être analysées et plusieurs échantillons peuvent être testés simultanément, réduisant ainsi les coûts globaux des tests.

La barrière cérébrale protectrice

L’un des principaux objectifs des chercheurs était de résoudre le problème du développement de médicaments capables de traverser la barrière hémato-encéphalique.

Cette couche de cellules à jonction serrée aide à protéger le cerveau des toxines, des germes et d’autres substances nocives pouvant être présentes dans le sang.

Seules les plus petites molécules peuvent traverser la barrière hémato-encéphalique. Bien que cela joue un rôle protecteur très important, cela a également entravé les efforts visant à développer des médicaments pour le traitement des troubles neurologiques.

Tout médicament destiné à traiter le cerveau doit traverser cette membrane pour atteindre sa cible. Mais en l’absence de tests sur l’homme, il existe peu de moyens efficaces de déterminer dans quelle mesure un médicament pourra pénétrer dans le cerveau.

“Actuellement, il n’existe que quatre médicaments contre la maladie d’Alzheimer disponibles dans le commerce, et aucun d’entre eux ne traite réellement la maladie d’Alzheimer, mais agit uniquement sur les symptômes”, explique Rodrigues.

“C’est parce que les sociétés pharmaceutiques doivent investir des sommes importantes dans des médicaments dont elles ne sont pas sûres qu’elles franchiront la barrière hémato-encéphalique. C’est pourquoi je ne le fais pas.”

Une société pharmaceutique peut dépenser des millions pour développer un médicament, pour découvrir plus tard qu’il ne peut pas traverser la barrière hémato-encéphalique. Le financement de l’UE pour la nouvelle puce d’émulation cérébrale développée à l’INL résout ce problème.

Imiter la vie sur une puce

L’équipe de recherche a recréé la membrane de la barrière hémato-encéphalique sur une puce à l’aide de matériaux bioorganiques.

“C’est ce qui nous distingue”, déclare Rodrigues. “Nous utilisons une biomembrane qui ressemble plus à la barrière de notre cerveau. D’autres dispositifs utilisent des barrières physiques, constituées de composants polymères. Nous pensons qu’une biomembrane est supérieure.”

Grâce à cette nouvelle technologie avancée de cerveau sur puce, les chercheurs pourront injecter un médicament à un stade précoce dans la puce pour surveiller ses effets et voir dans quelle mesure il peut pénétrer dans le cerveau.

L’objectif est de changer la manière dont ces types de médicaments sont développés. Actuellement, ce type de tests est principalement effectué sur des animaux, ce qui entraîne un certain nombre de dilemmes éthiques et d’inconvénients pratiques. Ces micropuces d’organe sur puce offrent une alternative possible aux tests traditionnels sur les animaux.

“Un cerveau animal est différent d’un cerveau humain”, explique Rodrigues. “C’est pourquoi de nombreux médicaments en cours de développement ne produisent pas de résultats. Les tests sur les animaux ne reproduisent pas nécessairement ce qui se produit chez l’homme.”

Les enjeux sont élevés. Les troubles cérébraux constituent l’un des plus grands défis de santé de notre époque. On estime qu’environ 165 millions d’Européens souffrent d’un trouble cérébral. Une personne sur trois souffrira d’un trouble neurologique et/ou mental à un moment de sa vie.

Le coût total des budgets européens de santé est estimé à 800 milliards d’euros par an, et ce montant augmentera avec le vieillissement de la population.

Sont incluses ici les maladies neurodégénératives bien connues telles que la maladie d’Alzheimer et la maladie de Parkinson, mais également d’autres troubles tels que l’épilepsie, la dépression, les accidents vasculaires cérébraux, les migraines, les troubles du sommeil, les traumatismes crâniens, les syndromes douloureux et la dépendance.

Une avancée importante

L’INL est l’un des principaux instituts de recherche européens, cofinancé par les gouvernements nationaux du Portugal et de l’Espagne.

Il bénéficie également du soutien de l’UE et de l’industrie. Le Dr Manuel Bañobre-López, chef du groupe de recherche en nanomédecine à l’INL, a supervisé les activités de création de la nouvelle puce.

“Chez INL, nous possédons une vaste expérience en microfluidique, la discipline qui étudie le type de puce que nous avons créé dans BrainChip4MED”, explique Bañobre-López.

Cependant, il faudra peut-être attendre un certain temps avant que le cerveau sur puce soit prêt à être utilisé, prévient-il.

Bien que le prototype soit prêt, des améliorations supplémentaires sont nécessaires. Il devra subir des tests rigoureux pour garantir qu’il peut être utilisé pour des médicaments qui seront éventuellement administrés à des patients humains. Ce processus à lui seul prendra des années.

Cependant, les chercheurs sont optimistes.

“Nous devons lutter contre la maladie d’Alzheimer, c’est l’une des maladies neurologiques les plus problématiques au monde”, déclare Rodrigues. “Et pour cela, nous devons trouver de nouveaux médicaments. La technologie que nous avons développée constitue une étape importante dans cette direction.”

Article rédigé par Tom Cassauwers

La recherche mentionnée dans cet article a été financée par Marie Skłodowska-Curie Actions (MSCA). Les opinions des personnes interrogées ne reflètent pas nécessairement celles de la Commission européenne.

Plus d’informations

Cet article a été initialement publié dans Horizonla revue européenne de la recherche et de l’innovation.

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