Une puce 100% biocompatible pour mesurer l’activité du cerveau

COMMUNIQUÉ | 12 MARS 2013 - 17H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE | TECHNOLOGIE POUR LA SANTE


Interpréter les signaux émis par le cerveau et les traduire en commande utilisables par l’homme est l’objectif poursuivi par les chercheurs qui développent ce que l’on appelle des interfaces cerveau-machine. Dans le domaine de la santé, ces interfaces pourraient servir aux personnes paralysées. Jusqu’à présent les chercheurs se heurtent à des limites technologiques car les capteurs utilisés pour enregistrer l’activité cérébrale ne le font pas encore assez finement.
Avec l’appui du département de Bioélectronique de l’Ecole des Mines de St Etienne, des chercheurs dirigés par Christophe Bernard au sein de l’Unité Inserm 1106 « Institut de neurosciences des systèmes »  ont conçu un système de capteurs de l’activité du cerveau 100% biocompatibles en matériau organique. Le support épais de quelques microns est fin et souple comme de la cellophane, et très résistant. Le système a été testé dans un modèle animal d’épilepsie. La qualité du signal cérébral enregistré est multipliée par 10 par rapport aux systèmes classiques d’enregistrement de l’activité cérébrale. Ces travaux sont publiés dans la revue Nature Communications.

 Les interfaces Homme-machine jouent depuis quelques années, un rôle central dans le diagnostic et le traitement de certaines pathologies, dans le pilotage de membres artificiels (exosquelettes) ou encore dans la conception d’organes sensoriels artificiels. Dans le cas des interfaces cerveau-machine, le problème consiste à capter les signaux émis par le cerveau et les traduire en commande utilisable par l’homme. Ces signaux sont utilisés à des fins diagnostiques (comme par exemple pour déterminer si une personne est épileptique et quelles sont les régions du cerveau responsables des crises), pour relier un œil artificiel aux régions du cerveau qui traitent l’information visuelle, ou pour commander des exosquelettes pour les personnes paralysées à partir de l’enregistrement des neurones des régions du cerveau qui contrôlent la motricité des membres.
Afin de capturer le maximum de signaux émis par le cerveau, il faut être en contact direct avec le système nerveux central. Or, cette prouesse est très difficile à réaliser avec des systèmes de mesure non invasifs (c’est-à-dire avec des électrodes posées sur la tête). Autre inconvénient, la plupart des capteurs utilisés aujourd’hui ne sont pas biocompatibles, ce qui déclenche une réaction de défense des tissus aboutissant à une perte de signal au bout d’un certain temps. Enfin, et c’est le plus important, les signaux captés sont pré-amplifiés loin de la source, ce qui entraîne la présence d’un bruit important dans les enregistrements, empêchant leur exploitation optimale.

Une solution : les transistors organiques
Le département de Bioélectronique de l’Ecole des Mines de St Etienne à Gardanne, l’Institut de Neuroscience des Systèmes (Unité Inserm 1106) et la PME Microvitae basée à Gardanne apportent une solution technologique à ces problèmes.

Les chercheurs ont conçu un système de capteurs de l’activité du cerveau en matériau organique (à base de composés de carbone) 100% biocompatibles. Le support est épais de quelques microns, fin et souple comme de la cellophane, et très résistant.

Mais la révolution technologique est d’avoir fait en sorte que le site d’enregistrement soit un transistor organique qui produit une amplification locale du signal. Le système a été testé dans un modèle animal d’épilepsie. La qualité du signal est multipliée par 10 par rapport aux systèmes classiques, ce qui est considérable selon les chercheurs.

Une telle solution technologique va permettre l’enregistrement de nombreux neurones et l’interfaçage avec les structures du cerveau sur le long terme. Parmi les applications cliniques immédiates, on peut envisager l’aide au diagnostic de l’épilepsie et la cartographie fonctionnelle dans le cadre de la neurochirurgie des tumeurs cérébrales. Bien entendu, ces transistors peuvent aussi être utilisés pour des enregistrements non invasifs en contact direct avec la tête.
En plus de la pathologie, cette technologie permettra des avancées majeures en recherche fondamentale, notamment dans le cadre du Human Brain Project financé à 1 milliard d’Euros par la communauté européenne. Les systèmes d’enregistrements basés sur les transistors organiques préfigurent les interfaces Homme-machine de demain.

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rate

Cet article est extrait de l'ouvrage « Larousse Médical ».


Organe richement vascularisé situé dans l'angle supérieur gauche de l'abdomen, entre le diaphragme et les côtes, et qui, avant la naissance, produit une partie des cellules sanguines et, après la naissance, joue un rôle important dans l'immunité. (P.N.A. lien.)


1. LA STRUCTURE DE LA RATE

La rate est une masse spongieuse, de la taille d'un poing, qui pèse environ 200 grammes. Elle est délimitée sur l'ensemble de sa surface par une capsule relativement fragile, interrompue seulement sur la face interne, au niveau du pôle vasculaire (→ vascularisation). Celui-ci comporte une artère, l'artère splénique, issue de l'aorte, et une veine, la veine splénique, qui rejoint la veine porte, ainsi que des vaisseaux lymphatiques efférents (qui quittent l'organe).
L'examen au microscope permet de distinguer 2 zones de structure différente dans le tissu de cet organe : la pulpe rouge, constituée essentiellement de tissu vasculaire, et la pulpe blanche, formée surtout de tissu lymphoïde.

2. LES FONCTIONS DE LA RATE
Les fonctions de la rate ne sont pas encore complètement élucidées.

2.1. FONCTIONS DE LA RATE AVANT LA NAISSANCE

Avant la naissance (→ fœtus), la rate – comme le foie à la même époque – produit des cellules identiques à celles qui se forment dans la moelle osseuse (cellules myéloïdes), c'est-à-dire des globules rouges, des polynucléaires neutrophiles et des plaquettes.


2.2. FONCTIONS DE LA RATE APRÈS LA NAISSANCE
       
Après la naissance, la rate est un organe lymphoïde : elle joue dans l'immunité un rôle important, comparable à celui des ganglions lymphatiques, participant à la lutte contre les infections par la production de lymphocytes, d'anticorps et de phagocytes. Mais, à la différence des ganglions lymphatiques, elle est en communication directe avec la circulation sanguine. Elle se trouve donc, en permanence, en contact avec l'ensemble des antigènes circulants, c'est-à-dire avec l'ensemble des substances présentes dans le sang susceptibles d'induire la production d'anticorps dans l'organisme, quelle que soit leur origine (bactéries, substances toxiques, cellules étrangères).


Outre cette fonction, qui l'apparente aux autres organes lymphoïdes, la rate joue aussi un rôle dans la maturation des globules rouges (élimination des restes de noyaux, par exemple) ainsi que, éventuellement, dans leur élimination, qu'ils soient anormaux (paludisme), recouverts d'anticorps, comme lors des anémies hémolytiques auto-immunes, ou déformés par une hémoglobine anormale (thalassémie). Elle est par ailleurs impliquée dans le déclenchement de la réponse immunitaire du sérum sanguin vis-à-vis de certains agents infectieux tels que le pneumocoque.

3. LES EXAMENS DE LA RATE

La rate peut être explorée par échographie et scanner. En revanche, il est très rare de pratiquer une ponction de cet organe, car il est particulièrement friable.
Une scintigraphie de la rate, réalisée après marquage des globules rouges à l'aide d'un isotope radioactif, permet de mesurer le degré de séquestration des globules rouges par celle-ci.

4. LES PATHOLOGIES DE LA RATE
       
Il est possible de vivre sans rate (→ asplénie) ; une splénectomie (ablation de la rate) est notamment réalisée en cas de blessure traumatique de l'abdomen ayant entraîné l'éclatement de cet organe, dans le traitement de maladies du sang comme la maladie de Minkowski-Chauffard ou l'anémie hémolytique auto-immune, ou encore à titre diagnostique (en cas de splénomégalie [augmentation anormale du volume de la rate] inexpliquée) ou pour préciser l'extension d'une maladie de Hodgkin.
Cependant, l'absence de la rate ou son incapacité fonctionnelle peuvent être responsables d'infections graves, surtout chez l'enfant (infections à pneumocoques et à méningocoques, principalement) ; le risque est moindre chez l'adulte, la plupart des souches de pneumocoques ayant été rencontrées lorsque la rate était fonctionnelle, ce qui a permis l'installation d'une immunité.

Une splénomégalie peut également survenir en cas de maladie chronique du foie (cirrhose), de kystes, de leucémie, de maladie de surcharge congénitale (maladie de Gaucher), d'infection, en particulier septicémique, de destruction massive des globules rouges, de parasitose (paludisme, kala-azar, kyste hydatique).
La splénomégalie s'accompagne souvent de signes qui témoignent d'une activité anormalement accrue de la rate (hypersplénisme), en particulier d'une diminution des polynucléaires neutrophiles et des plaquettes sans diminution du nombre de globules rouges. L'hypersplénisme s'observe essentiellement lorsque l'augmentation de volume se fait aux dépens de la pulpe rouge de l'organe, comme c'est le cas dans l'hypertension portale, souvent due à une maladie chronique du foie (cirrhose).

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A l’origine d’une maladie rare, un intestin frileux et intolérant à ses propres bactéries

COMMUNIQUÉ | 26 FÉVR. 2019 - 16H36 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

IMMUNOLOGIE, INFLAMMATION, INFECTIOLOGIE ET MICROBIOLOGIE

Un mécanisme de tolérance vis-à-vis de la flore intestinale serait impliqué dans la survenue d’une forme familiale de maladie rare auto-inflammatoire induite par le froid. C’est ce que montrent les travaux de chercheurs du Centre d′Infection et d′Immunité de Lille (Inserm/Université de Lille/CNRS/CHU de Lille/Institut Pasteur de Lille), du laboratoire de physiopathologie des maladies génétiques d’expression pédiatrique (Inserm/Sorbonne Université) et du département d’immunologie de l’université d’Hohenheim. Ces travaux, parus dans Nature Communications, mettent en évidence l’implication dans la survenue de la maladie d’une réponse inflammatoire exacerbée contre la flore intestinale permettant une réponse immunitaire plus efficace contre certains pathogènes. Ils ouvrent ainsi la voie à de nouvelles pistes thérapeutiques pour la prise en charge des patients.

Le syndrome auto-inflammatoire induit par le froid (ou urticaire familial au froid) se manifeste par des accès de fièvre déclenchés par le froid, accompagnés de crises d’urticaire et de douleurs digestives et articulaires. Les patients – une vingtaine de cas identifiés à ce jour – sont porteurs d’une mutation sur le gène NLRP12 qui s’exprime selon un mode autosomique dominant (la présence d’un seul allèle muté est suffisant pour que la maladie se manifeste). Jusqu’à présent, les mécanismes physiopathologiques à l’origine de la maladie demeuraient inconnus.
Une équipe de recherche dirigée par Mathias Chamaillard, chercheur Inserm au sein du Centre d′Infection et d′Immunité de Lille (Inserm/Université de Lille/CNRS/CHU de Lille/Institut Pasteur de Lille) et ses collaborateurs au sein du laboratoire de physiopathologie des maladies génétiques d’expression pédiatrique (Inserm/Sorbonne Université), ainsi que du département d’immunologie de l’université d’Hohenheim, ont cherché à mieux comprendre comment se développait ce syndrome grâce à des études menées chez la souris et chez l’Homme.
Les chercheurs ont constaté que l’inactivation du gène NLRP12 déclenchait chez la souris une inflammation intestinale, mais la rendait résistante à certaines bactéries pathogènes, ce qui laisse à penser que NLRP12 pourrait jouer un rôle clef dans la tolérance immunitaire vis à vis de la flore intestinale.
Or, l’équipe de recherche a observé qu’une autre molécule appelée NOD2 jouait également un rôle dans l’immunité intestinale en favorisant la défense contre ces mêmes pathogènes bactériens.

En outre, une mutation sur le gène NOD2 prédispose à la maladie de Crohn qui présente de troublantes similitudes avec le syndrome dont il est question ici : des douleurs intestinales et une prévalence plus importante dans les pays froids que dans les pays chauds.
Enfin, les chercheurs ont constaté l’existence d’une interaction physique entre cette protéine NOD2 et la protéine NLRP12.

Baisse de tolérance aux bactéries de la flore intestinale
Chez les personnes atteintes du syndrome auto-inflammatoire lié au froid, la production de la protéine NLRP12 est réduite. Reproduit chez la souris, ce phénomène modifie l’activité de NOD2 et réduit la tolérance aux bactéries commensales avec un recrutement accru de cellules inflammatoires dans le tube digestif. En revanche, l’efficacité d’élimination des pathogènes s’en trouve améliorée. Autrement dit, en situation normale, NLRP12 réprime l’activité de NOD2 et améliore la tolérance aux bactéries intestinales. Ces résultats suggèrent qu’un inhibiteur de la voie NOD2 pourrait atténuer les symptômes de ces patients.

La baisse de tolérance chez les sujets atteints du syndrome auto-inflammatoire lié au froid génère une inflammation chronique qui pourrait expliquer les douleurs intestinales chez les patients. Mais pourquoi le froid déclenche-t-il des manifestions supplémentaires hors du système digestif ? Les chercheurs suspectent une augmentation de la perméabilité intestinale en cas de température basse. Chez les sujets sains, ce phénomène serait sans conséquence mais chez les sujets malades, de nombreuses molécules ayant une activité pro-inflammatoire ainsi que des débris bactériens pourraient passer en masse dans le sang. Une inflammation locale secondaire pourrait donc expliquer en partie les autres symptômes comme la fièvre, les céphalées et les douleurs articulaires.
Mathias Chamaillard et ses collègues s’attaquent désormais, chez la souris, à cette nouvelle piste de travail.

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Alzheimer : un acide aminé pour aider à restaurer la mémoire ?

COMMUNIQUÉ | 03 MARS 2020 - 17H00 | PAR INSERM (SALLE DE PRESSE)

NEUROSCIENCES, SCIENCES COGNITIVES, NEUROLOGIE, PSYCHIATRIE


 Des scientifiques du Laboratoire des maladies neurodégénératives (CNRS/CEA/Université Paris-Saclay) et du Neurocentre Magendie (Inserm/Université de Bordeaux) viennent de mettre en évidence le rôle déterminant que joue une voie métabolique dans les troubles de mémoire de la maladie d’Alzheimer. Leurs travaux, à paraître le 3 mars 2020 dans Cell Metabolism, montrent également qu’un apport en acide aminé particulier, sous forme de complément alimentaire, restaure la mémoire spatiale atteinte de façon précoce chez des souris modèles de la maladie. Une piste prometteuse pour atténuer la perte de mémoire liée à Alzheimer.
Le cerveau consomme une grande partie de l’énergie disponible dans notre organisme. Son bon fonctionnement repose sur une étroite coopération entre les neurones et les cellules de leur environnement, en particulier les astrocytes. La phase précoce de la maladie d’Alzheimer est caractérisée par une réduction de ce métabolisme énergétique, mais on ignorait si ce déficit pouvait contribuer directement aux symptômes cognitifs de la maladie d’Alzheimer.

Une étude collaborative a montré chez une souris modèle de la maladie d’Alzheimer que la diminution de la consommation de glucose par les astrocytes conduit à une réduction de la production de L-sérine, un acide aminé majoritairement produit par ces cellules dans le cerveau et dont la voie de biosynthèse est altérée chez les patients.

La L-sérine est le précurseur de la D-sérine, connue pour stimuler les récepteurs NMDA, essentiels au bon fonctionnement du cerveau et à l’établissement de la mémoire. Dès lors, en produisant moins de L-sérine, les astrocytes sont à l’origine d’une diminution de l’activité de ces récepteurs, ce qui entraîne une altération de la plasticité neuronale et des capacités de mémorisation associées. Les scientifiques ont également démontré que les fonctions de mémorisation des souris ont toutes été restaurées par un apport alimentaire en L-sérine.

L’identification du rôle de la L-sérine dans les troubles de la mémoire et l’efficacité expérimentale d’une supplémentation nutritionnelle ouvrent la voie à de nouvelles stratégies, complémentaires des thérapies médicamenteuses, pour lutter contre les symptômes précoces de la maladie d’Alzheimer et d’autres maladies présentant des altérations du métabolisme cérébral, comme les maladies de Parkinson ou de Huntington. La L-sérine étant disponible comme complément alimentaire, il convient de tester de façon rigoureuse cette molécule chez l’humain, à travers des essais cliniques encadrés.

Ces travaux ont été menés par des chercheurs du Laboratoire des maladies neurodégénératives (CNRS/CEA/Université Paris-Saclay), au sein du MIRCen/Institut de biologie François Jacob, et du Neurocentre Magendie (Inserm/Université de Bordeaux) en collaboration avec des équipes du laboratoire Neurosciences Paris Seine (CNRS/Inserm/Sorbonne Université), de l’Institut Galien Paris Sud (CNRS/Université Paris Saclay), du Centre de recherche en neurosciences de Lyon (CNRS/Inserm/Université Claude Bernard Lyon 1/Université Jean Monnet), du Département médicaments et technologies pour la santé (CEA/Inrae/Université Paris Saclay) et par des chercheurs de l’AP-HP au sein de l’hôpital de la Pitié-Salpétrière). Ces travaux ont été soutenus par l’association France Alzheimer, la Fondation de France, la Fondation pour la recherche médicale, la Fondation Alzheimer et l’Infrastructure nationale de biologie-Santé NeurATRIS.

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