Potentiel thérapeutique de la neuromodulation optogénétique

Vandecasteele, Marie; Senova, Yann-Suhan; Palfi, Stéphane; Dugué, Guillaume P.

doi:10.1051/medsci/20153104015

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“…The translation of optogenetics to non-human primates (NHP) models and its eventual clinical application91011 still faces two major challenges. First, it requires an efficient and safe gene transfer technique to incorporate exogenous DNA in humans.…”

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confidence: 99%

Experimental assessment of the safety and potential efficacy of high irradiance photostimulation of brain tissues

Senova¹,

Scisniak²,

Chiang³

et al. 2017

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Optogenetics is widely used in fundamental neuroscience. Its potential clinical translation for brain neuromodulation requires a careful assessment of the safety and efficacy of repeated, sustained optical stimulation of large volumes of brain tissues. This study was performed in rats and not in non-human primates for ethical reasons. We studied the spatial distribution of light, potential damage, and non-physiological effects in vivo, in anesthetized rat brains, on large brain volumes, following repeated high irradiance photo-stimulation. We generated 2D irradiance and temperature increase surface maps based on recordings taken during optical stimulation using irradiance and temporal parameters representative of common optogenetics experiments. Irradiances of 100 to 600 mW/mm2 with 5 ms pulses at 20, 40, and 60 Hz were applied during 90 s. In vivo electrophysiological recordings and post-mortem histological analyses showed that high power light stimulation had no obvious phototoxic effects and did not trigger non-physiological functional activation. This study demonstrates the ability to illuminate cortical layers to a depth of several millimeters using pulsed red light without detrimental thermal damages.

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Senova¹,

Scisniak²,

Chiang³

et al. 2017

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“…Pour cela, les neurosciences expérimentales et cliniques reposent sur le développement de techniques futuristes, parfois dignes des meilleurs romans de science-fiction, dont fait partie l' optogénétique. Ce numéro de médecine/sciences et le suivant publient deux articles résumant les détails et applications de l'optogénétique en neurosciences [3,4]. Brièvement, l'optogénétique englobe des technologies de biophotonique qui ont pour but de visualiser ou de contrôler l'activité de cellules excitables, comme les neurones, chez l'animal de laboratoire (poisson zèbre, C. elegans, souris, rat, singe) [5][6][7].…”

Section: Neurosciences Modernes : Avec Ou Sans L'optogénétique ?unclassified

Neurosciences modernes : avec ou sans l’optogénétique ?

Adamantidis

2015

Med Sci (Paris)

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Éditorial> Voir, entendre, toucher, sentir, goûter, mais aussi penser, réfléchir, décider, etc., le cerveau nous permet de percevoir, et d'interagir avec, le monde qui nous entoure. Le cerveau regroupe plusieurs dizaines de milliards de cellules, organisées en circuits qui reçoivent, intègrent et transmettent constamment des signaux chimiques et électriques, siège de notre perception, de nos actes et de notre conscience. À l'inverse de l'apparente simplicité des circuits électroniques imprimés, l'organisation des circuiteries de notre cerveau est loin d'avoir révélé tous ses secrets. Malgré les progrès techniques des dernières décennies, nous ne savons pas, ou peu, comment le cerveau humain éla-bore nos émotions, notre pensée ou nos comportements. Cette impuissance/méconnaissance se traduit par des traitements sub-optimaux des pathologies neurologiques ou neuropsychiatriques. Face à ce défi de taille, plusieurs grands projets ont été récemment lancés, tels le Human Brain Project (Europe) [1] et le BRAIN project (États-Unis) [2], qui visent à simuler, enregistrer ou contrôler l'activité de circuiteries cérébrales afin de mieux comprendre le fonctionnement du cerveau humain. Pour cela, les neurosciences expérimentales et cliniques reposent sur le développement de techniques futuristes, parfois dignes des meilleurs romans de science-fiction, dont fait partie l' optogénétique. Ce numéro de médecine/sciences et le suivant publient deux articles résumant les détails et applications de l'optogénétique en neurosciences [3,4]. Brièvement, l'optogénétique englobe des technologies de biophotonique qui ont pour but de visualiser ou de contrôler l'activité de cellules excitables, comme les neurones, chez l'animal de laboratoire (poisson zèbre, C. elegans, souris, rat, singe) [5][6][7]. Comparativement aux techniques classiques, sa principale innovation réside dans son exceptionnelle résolu-tion spatiale -grâce au ciblage génétique -et temporelle (de l'ordre de la milliseconde). Techniquement, améliorer ces deux critères était primordial pour observer ou manipuler l'activité de circuiterie neuronale à une échelle temporelle identique à celle qui s'opère dans le cerveau. Conceptuellement, cette approche établit désormais des liens de causalité entre réseau de neurones et fonction cérébrale -que ce soit l'intégration d'un signal sensoriel ou moteur, ou un comportement. Cette affirmation est de taille, même si son interprétation est sujette à caution quant à la signification d'un lien de causalité. « Je suis Ch…R2 » L'optogénétique, une (R)évolution ?L'avènement de l'optogénétique résulte de la combinaison de découvertes importantes, parfois passées inaperçues, dans des domaines aussi variés que la bactériologie, la physique optique, la génétique et la virologie. En effet, l'optogénétique repose sur l'utilisation de canaux et pompes membranaires sensibles à la lumière. Les canaux font partie de la famille des channelrhodopsines ; ce sont des canaux cationiques sensibles à la lumière de spectre bleu, qui permettent à des algues ...

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Comorbidité entre la dépression et l’addiction

Arango-Lievano

Kaplitt²

2015

Med Sci (Paris)

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> La dépression est le trouble mental le plus souvent associé aux addictions. La prévalence de la dépression parmi les patients souffrant d'une addiction est de 30 %. Cette forte comorbidité suggère l'existence de voies moléculaires et anatomiques communes à ces deux pathologies. C'est le cas du noyau accumbens (NAc) dont le dysfonctionnement est impliqué dans la dépression et l'addiction. Nous résumons ici des résultats récents montrant que la protéine p11 (S100A10) dans le NAc permet de réguler des comportements liés à l'addiction et à la dépression chez la souris. Notamment, la manipulation des niveaux de p11 dans les interneurones cholinergiques ou dans les neurones épineux moyens de la voie directe striato-nigrale permet de contrôler des comportements liés à la dépression et à l'addiction respectivement. Des traitements visant à normaliser les niveaux d'expression de p11 dans le NAc pourraient donc avoir un intérêt thérapeutique dans ces pathologies. < chez les mammifères et représente un avantage évolutif important, puisqu'il permet de renforcer les comportements de survie tels que la reproduction et l'alimentation [5]. Un des symptômes les plus caractéristiques de la dépression est l'anhédonie, qui se définit comme la perte des sensations de plaisir, générant un déficit de motivation général pouvant se révéler fatal [8]. Au contraire, un comportement addictif se traduit par un détournement de cette voie focalisant la motivation vers la recherche des objets de l'addiction [6]. La voie de l'apprentissage du plaisir fait intervenir de nombreux noyaux cortico-limbiques dont le noyau accumbens (NAc), noyau sous-cortical appartenant au striatum, est le principal centre d'inté-gration [7]. Des thérapies de stimulation profonde du cerveau visant le NAc s'avèrent efficaces, bien qu'invasives, pour traiter addictions et dépression [9][10][11]. Le NAc reçoit des afférences sérotoninergiques du noyau du raphé, dopaminergiques de l'aire tegmentale ventrale, et glutamatergiques du cortex préfrontal. Il est constitué à 95 % de neurones épineux moyens (MSN) qui sont classés en deux sous-types en fonction de leurs efférences et signatures moléculaires. Les neurones composant la voie striato-nigrale ou voie directe 1 (boucle de 1 Le striatum est un ensemble de noyaux sous-corticaux appartenant aux ganglions de la base et comprenant le noyau caudé, le putamen et le noyau accumbens. Il reçoit des afférences directes du cortex et ses neurones se répartissent en deux catégories selon leur type de récepteur à la dopamine et leurs efférences. Les neurones de la voie directe projettent vers le pallidum interne ou la substance noire, et ces structures projettent elles-mêmes vers le thalamus, lui-même projetant vers le cortex. Les neurones de la voie indirecte projettent vers le pallidum externe, qui, lui, projette vers le noyau sous-thalamique, puis le thalamus et le cortex. Ces boucles cortico/sous-cortico/thalamo/corticales ont un rôle majeur dans la régulation du comportement moteur (par ex. ce sont ces boucles qui sont atteint...

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Potentiel thérapeutique de la neuromodulation optogénétique

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