La nouvelle méthode, développée par l'IIT et l'École Polytechnique de Milan, pourrait être utilisée pour diverses pathologies nerveuses et plus encore
Une équipe de chercheurs de l'Institut Italien de Technologie de Milan et de l'École Polytechnique de Milan coordonnée par Guglielmo Lanzani, responsable de l'unité Nanomatériaux pour l'énergie et les sciences de la vie de l'IIT, a démontré que les molécules Ziapin2 sont capables de contrôler l'activité contractile du muscle squelettique. cellules, responsables de la contraction volontaire des muscles, utilisant la lumière.
La molécule Ziapin2, brevetée en 2018 en Europe, aux Etats-Unis et au Japon par l'IIT et le Politecnico di Milano et présenté pour la première fois en 2020 sur Nature Nanotechnologie (https://www.nature.com/articles/s41565-019-0632-6), est un phototransducteur, c'est-à-dire qu'il absorbe la lumière et la transforme en signal électrique, conçu et synthétisé dans le laboratoire coordonné par Chiara Bertarelli, professeur titulaire au Politecnico de Milan.
Les résultats de l'étude, publiés dans la revue Nature Communications Biologie, jettent les bases de la mise en œuvre de la technique de photostimulation associée à Ziapin2 comme alternative à l'utilisation d'électrodes traditionnelles pour des cas et pathologies spécifiques, car elle présente divers avantages, notamment : une plus grande polyvalence, car la lumière peut être administrée à distance sans contact ; une plus grande précision, car une sélectivité spatio-temporelle élevée, un caractère moins invasif et moins toxique ont été enregistrés.
L’étude a pu compter sur le soutien financier du PRIN « Membrane-targeted lightdriven nanoactuators for neuro-stimulation ».
Pour démontrer la faisabilité de la nouvelle approche, l’équipe a administré Ziapin2 à des cellules musculaires squelettiques cultivées en laboratoire (C2C12). Il s'agit d'un modèle cellulaire permettant d'évaluer la capacité des phototransducteurs en raison d'une activité contractile spontanée négligeable. De plus, cela garantit que vous n’aurez pas besoin de recourir à des modèles animaux. Lorsque les cellules auxquelles Ziapin2 a été administré sont éclairées, la lumière absorbée se transforme en électricité qui induit des contractions.
L'équipe de recherche a comparé la stimulation lumineuse à la stimulation électrique, identifiant les avantages de l'utilisation de la photostimulation, en particulier pour le traitement à long terme des patients. En effet, l'utilisation prolongée des électrodes au fil du temps peut conduire à une dégradation des tissus du patient et des électrodes elles-mêmes, entraînant une réduction de l'efficacité du traitement.
Jusqu'à aujourd'hui De nombreux patients souffrant de maladies neurodégénératives telles que la maladie de Parkinson, de pathologies musculaires, de conséquences d'un accident vasculaire cérébral ou de lésions du système nerveux central, y compris la perte de vision, ne peuvent pas être traités par des thérapies pharmacologiques, mais bénéficient d'une stimulation directe des cellules musculaires ou nerveuses qui traditionnellement se produit via des électrodes, principalement métalliques, qui transmettent des courants électriques.
La stimulation par la lumière entraînerait moins de stress cellulaire, car il est possible de stimuler un point localisé, contrairement au champ électrique plus général des électrodes ; cela garantirait moins de toxicité puisque différentes longueurs d’onde peuvent être utilisées et éliminerait le besoin de contact, car la lumière peut être délivrée à distance.
Grâce à ces caractéristiques prometteuses, la photostimulation cellulaire pourrait être utilisée dans le futur notamment en cardiologie, en rééducation musculaire (stimulation fonctionnelle), pour le traitement des patients souffrant de dégénérescence neuronale mais aussi dans un secteur particulier, celui des robots hybrides constitués de composants artificiels et biologiques. Ces derniers peuvent être utilisés pour des études fondamentales, pour des explorations environnementales ou des applications médicales et dans le domaine prothétique, étant totalement biocompatibles.
«Les résultats que nous avons obtenus suggèrent qu'il est possible d'intervenir de manière précise et mini-invasive sur les tissus musculaires avec la lumière, aidant ainsi les techniques actuelles dans le traitement de certaines pathologies musculo-squelettiques.» a déclaré Guglielmo Lanzani, chercheur à l'Institut italien de technologie.
« Cibler la membrane cellulaire par la conception moléculaire de phototransducteurs est une approche innovante. Ziapin2 a une fois de plus démontré son efficacité et son potentiel dans la stimulation photoinduite des cellules, avec un spectre d'applications de plus en plus large dans le domaine médical et un grand potentiel dans le développement de robots hybrides » a ajouté Chiara Bertarelli du Département de Chimie, Matériaux et Génie Chimique Giulio Natta de l'École Polytechnique de Milan.
