Qu’est-ce que l’optogénétique ?

Le Dr. Pablo Barrecheguren explique ce qu’est l’optogénétique, ses résultats précliniques et les défis, tant techniques que moraux, de cette technique.

De toutes les techniques développées en neurosciences ces dernières années, l’optogénétique est sans doute celle qui s’est le plus rapidement normalisée comme outil de travail dans les laboratoires.

Tel est son usage que l’on commence déjà à obtenir des résultats précliniques frappants. Par exemple, à ce jour on analyse son utilisation comme thérapie dans le traitement de problèmes de vision d’origine neurologique et, en restant dans les sens, on a déjà réussi à développer chez des rongeurs des systèmes permettant de récupérer une partie de l’audition en utilisant ce type de technologie comme option alternative possible aux implants cochléaires actuels. Bien qu’ils soient précliniques et modestes, ces résultats sont remarquables si l’on considère la très grande jeunesse de cette technique, mais… Qu’est-ce exactement que l’optogénétique ?

Qu’est-ce exactement que l’optogénétique

L’optogénétique se base sur l’utilisation de canaux et de pompes ioniques sensibles à la lumière (opsines) pour l’activation ou l’inhibition des neurones, ce qui permet de manipuler in vivo l’activité neuronale. Cela dit, il faut garder à l’esprit que la présence des opsines est obtenue par génie génétique, pouvant appliquer deux variantes distinctes :

1. Injection de vecteurs viraux chez des organismes adultes. Dans ce cas on génère des particules virales qui portent les opsines, on injecte les virus directement dans la zone du cerveau où l’on veut appliquer l’optogénétique, les virus infectent les neurones et ceux-ci commencent à produire des opsines;
2. création directe d’animaux génétiquement modifiés qui expriment des opsines dans certaines zones du cerveau ou injection de vecteurs viraux in utero dans le cerveau d’organismes modèles.

Recherches

Selon le domaine de recherche on utilise une stratégie ou une autre sur un organisme modèle, qui sont en général des souris. Mais quoi qu’il en soit, le résultat est que nous avons un être vivant avec des opsines dans ses neurones. Par conséquent, si ces neurones sont stimulés par la lumière, les opsines réagiront en générant une activation ou une inhibition des neurones en fonction des modifications que nous aurons effectuées. Et comme il est possible d’être assez spécifique lorsqu’il s’agit de choisir quelles neurones expriment l’opsine et lesquelles ne le font pas, le résultat est que nous pouvons réguler à volonté l’activité de voies neuronales concrètes.

Cela est essentiel pour identifier la fonction de chaque réseau neuronal. Par exemple, si l’on soupçonne que l’activation de certains neurones augmente l’appétit, on peut générer une souris qui possède des opsines dans ces neurones, stimuler ces cellules par la lumière et voir si la souris ingère plus de calories. Mieux encore, littéralement le système fonctionne comme un interrupteur, ainsi on peut éteindre ou allumer ces neurones quand on le souhaite tout en observant en temps réel comment, ou si, le comportement de l’animal change.

Cela a fait de l’optogénétique l’outil le plus puissant pour les études de comportement, mais son potentiel réside aussi dans l’étude du développement cérébral, puisque nous pouvons provoquer des changements dans l’activité neuronale pour ensuite analyser si cela altère ou non le développement du système nerveux.

Défis de la optogénétique

Cela dit, il est toujours important de se rappeler qu’il s’agit encore de recherche biomédicale fondamentale, qui doit surmonter de nombreux défis avant de pouvoir être utilisée en clinique. Voici deux des principaux obstacles :

1. Normalement, on parvient à stimuler les cellules par la lumière au moyen de l’implantation d’un dispositif intracrânien. Cela, bien que chirurgicalement possible, est un facteur à prendre très au sérieux si l’on parle d’une éventuelle utilisation chez l’être humain.
2. Pour que la technique fonctionne il est nécessaire de manipuler génétiquement l’organisme. À ce jour il est déjà possible de créer des primates non humains transgéniques, bien qu’ils soient extrêmement rares et que leur utilisation soit beaucoup plus complexe que celle d’autres organismes modèles. Mais même lorsque les problèmes techniques seront résolus, cela n’éliminera pas le conflit éthique lié au fait de devoir utiliser l’ingénierie génétique sur des êtres humains pour pouvoir appliquer biomédicalement l’optogénétique.

Il est clair que les défis, tant techniques que moraux, que présente l’optogénétique sont à la hauteur de son grand potentiel dans le domaine des neurosciences, ce qui en fait une technique à suivre de près au cours des prochaines années.

Références

• Deubner, J., Coulon, P., & Diester, I. (2019). Optogenetic approaches to study the mammalian brain. Current Opinion in Structural Biology, 57(1), 157–163.
• Galvan, A., Stauffer, W. R., Acker, L., El-Shamayleh, Y., Inoue, K., Ohayon, S., & Schmid, M. C. (2017). Nonhuman Primate Optogenetics: Recent Advances and Future Directions. The Journal of Neuroscience, 37(45), 10894–10903.
• Keppeler, D., Vogl, C., Dieter, A., Moser, T., Huet, A., Jeschke, M., … Duque-Afonso, C. J. (2018). Optogenetic stimulation of cochlear neurons activates the auditory pathway and restores auditory-driven behavior in deaf adult gerbils. Science Translational Medicine, 10(449), eaao0540.
• Roska, B., & Sahel, J.-A. (2018). Restoring vision. Nature, 557, 359-367.

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