ARCHIVÉ - Les puces à neurones : de la matière grise de partout

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Le 07 février 2007— Ottawa (Ontario)

Chaque jour, les puces électroniques nous procurent une aide considérable, qu'il s'agisse de placer un appel quelque part dans le monde sur un téléphone cellulaire ou de stocker des fichiers vidéo dans un ordinateur. Imaginez ce qu'elles accompliraient si elles étaient en partie vivantes. Bref, si on y intégrait des cellules cérébrales afin de recueillir et d'emmagasiner encore plus d'information.

C'est précisément ce qu'explore une petite équipe de chercheurs du CNRC en créant des partenariats dans de multiples disciplines scientifiques et technologiques et en coopérant avec de jeunes entreprises qui se lancent dans ce domaine.

Les chercheurs de l'Institut des sciences biologiques du CNRC (ISB-CNRC) tentent de faire croître des neurones individuelles et de très minces tranches de tissu cérébral à la surface de substrats employés pour fabriquer les puces électroniques, ces fameuses plaquettes de silicium dont tout le monde a entendu parler. En se multipliant, les neurones établissent des connexions entre eux et bâtissent un réseau de synapses qui ne va pas sans rappeler celui que nous avons dans l'encéphale. Parallèlement, on peut structurer le substrat afin d'orienter ces connexions et d'inciter les cellules à croître près de minuscules capteurs.

Section d'une culture de tissu cérébral extrait de l'hippocampe, dont l'activité a été enregistrée par une sonde à réseaux de multiélectrodes. Photo de T. Ahuja, ISB-CNRC
Section d'une culture de tissu cérébral extrait de l'hippocampe, dont l'activité a été enregistrée par une sonde à réseaux de multiélectrodes. Photo de T. Ahuja, ISB-CNRC

Ces capteurs détectent les infimes signaux électriques qu'envoient ou reçoivent les cellules dans le réseau. Baptisé « neuropuce », un tel dispositif pourrait nous en apprendre beaucoup sur le fonctionnement des neurones, tout en jetant les bases d'une nouvelle et puissante plateforme destinée aux instruments d'analyse et de diagnostic.

« Une plateforme de ce genre nous fournira des données très spécifiques sur ce que les neurones perçoivent dans leur environnement », explique Danica Stanimirovic, directrice du programme de neurobiologie à l'ISB-CNRC. « Nous pourrions ainsi utiliser les neuropuces pour chercher des substances précises, voire des toxines, dans les liquides biologiques. Les chercheurs pourraient aussi dériver des informations précieuses sur l'interaction entre médicaments et système nerveux. »

En réalité, l'application la plus attrayante consiste en une amélioration remarquable de la rapidité et de l'efficacité du dépistage des composés chimiques pour la recherche pharmaceutique. Pareille activité exige qu'on comprenne comment les médicaments éventuels interagissent avec les tissus vivants. Les neuropuces pourraient révolutionner les analyses de ce genre en rapportant directement l'activité électrique ou optique des réseaux cellulaires et en les analysant à l'aide de logiciels.

Avant qu'une sonde aussi sensible et pratique puisse être exploitée cependant, Mme Stanimirovic et ses collègues doivent établir comment la neuropuce fonctionnera en mettant au point puis en testant divers prototypes.

« Les difficultés sont innombrables. C'est pourquoi il faut réunir les experts de divers instituts du CNRC, poursuit-elle. Un problème est de nature biologique : comment cultiver des neurones et des structures neuronales aussi complexes? Un deuxième consiste à trouver les matériaux qui permettent la croissance cellulaire. Un autre jeu de difficultés a trait à l'interface entre les cellules et le matériau, ce qui exige des compétences en génie. Enfin, il faut recueillir et analyser les données, ce qui demande des spécialistes en technologies de l'information. »

Appareil à réseaux à multiélectrodes pour mesurer à long terme l'activité électrique de sections de tissus cérébraux vivant dans un tissu de culture. Photo de T. Devecseri, ISB-CNRC
Appareil à réseaux à multiélectrodes pour mesurer à long terme l'activité électrique de sections de tissus cérébraux vivant dans un tissu de culture. Photo de T. Devecseri, ISB-CNRC

Geoff Mealing, électrophysiologiste du groupe de pathophysiologie synaptique à l'ISB-CNRC, pilote le projet des neuropuces. Il s'est joint à Mme Stanimirovic afin d'établir les partenariats susceptibles d'abattre ces difficultés. Les efforts initiaux déployés par plusieurs chercheurs de l'ISB-CNRC et de l'Institut des sciences des microstructures du CNRC (ISM-CNRC) ont d'ailleurs rallié récemment l'aide de nombreux instituts du Conseil.

Résultat? Christophe Py, agent de recherche principal à l'ISM-CNRC, est à mettre au point une première génération de neuropuces dont on devrait bientôt entreprendre la fabrication au Centre canadien de fabrication de dispositifs photoniques. Le projet profite aussi de l'expertise complémentaire d'autres instituts du CNRC, y compris l'Institut des matériaux industriels et l'Institut Steacie des sciences moléculaires. Ces quatre instituts du CNRC prendront bientôt part à une rencontre dans le cadre de l'Initiative de développement des neuropuces où l'on déterminera la stratégie idéale pour faire progresser cette technologie.

Participent également à l'aventure l'Université Heinrich-Heine de Dusseldorf et plusieurs entreprises de biotechnologie qui ont formé un « consortium des neuropuces ». L'une d'elles, QBM Cell Science, une entreprise d'Ottawa, a été fondée par Anthony Krantis, ancien chercheur post-doctoral du CNRC. QBM a inventé une technologie permettant la congélation des neurones puis leur expédition n'importe où dans le monde. Après décongélation, les cellules sont aussi viables que si on venait de les récolter. Un approvisionnement « à la carte » de ce genre est indispensable à une utilisation généralisée des neuropuces, mais ce n'est qu'un premier obstacle de surmonté.

M. Mealing souligne qu'on mesure les infimes signaux électriques que sont les communications intercellulaires de maintes façons, notamment par plusieurs technologies électrophysiologiques ou optiques. Les recherches actuelles dans ce domaine tentent toujours d'élucider diverses facettes de la meilleure approche pour concevoir et exploiter les neuropuces. Aussi fondamentaux que puissent être ces travaux, Mme Stanimirovic et M. Mealing insistent sur le fait que la technologie présente des possibilités très tangibles. Outre la création de dispositifs propres à transformer les méthodes de laboratoire existantes, ces recherches nous en apprendront plus sur les propriétés essentielles mais aussi les plus élusives des neurones.

Pour M. Mealing, les révélations des neuropuces sur les cellules cérébrales sont aussi palpitantes que leurs applications pour la détection de composés dans l'environnement ou l'essai des médicaments. En effet, elles pourraient nous fournir la réponse à maintes questions sur des maladies comme celles d'Alzheimer ou de Parkinson. Le chercheur en conclut que nous n'apprécierons pas seulement cette innovation pour ce que les puces électroniques nous permettront de réaliser, mais aussi parce qu'elle nous montrera ce que les cellules du cerveau accomplissent depuis toujours.


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