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La dopamine, une molécule de signalisation utilisée dans tout le cerveau, joue un rôle majeur dans la régulation de notre humeur et dans le contrôle des mouvements. De nombreux troubles, dont la maladie de Parkinson, la dépression et la schizophrénie, sont liés à des carences en dopamine.

Les neuroscientifiques du MIT ont maintenant conçu un moyen de mesurer la dopamine dans le cerveau pendant plus d’un an, ce qui, selon eux, les aidera à en apprendre davantage sur son rôle dans les cerveaux sains et malades.

«Malgré tout ce que l’on sait de la dopamine en tant que molécule de signalisation essentielle dans le cerveau, impliquée dans les conditions neurologiques et neuropsychiatriques ainsi que notre capacité d’apprentissage, il a toujours été impossible de surveiller son taux dans des conditions cliniques », a déclare Ann Graybiel, professeur au MIT Institute, membre de l’Institut McGovern pour la recherche sur le cerveau du MIT et l’un des principaux auteurs de l’étude.

Une détection à long terme

La dopamine est l’un des nombreux neurotransmetteurs que les neurones du cerveau utilisent pour communiquer entre les neurones. Les systèmes traditionnels de mesure par électrodes ne peuvent être utilisés qu’environ une journée car ils produisent des tissus cicatriciels qui interfèrent avec la capacité des électrodes à interagir avec la dopamine.

En 2015, l’équipe du MIT avait démontré que de minuscules capteurs microfabriqués pouvaient être utilisés pour mesurer les niveaux de dopamine dans une partie du cerveau appelée striatum, qui contient des cellules productrices de la dopamine, laquelle est essentielles à la formation des habitudes et à l’apprentissage renforcé.

Parce que ces sondes sont si petites (environ 10 microns de diamètre), les chercheurs ont pu implanter jusqu’à 16 d’entre elles pour mesurer les niveaux de dopamine dans différentes parties du striatum. Dans cette nouvelle étude, les chercheurs ont voulu tester s’ils pouvaient utiliser ces capteurs pour le suivi à long terme de la dopamine.

Faire fonctionner ces capteurs sur une longue période

«Notre objectif fondamental dès le départ était de faire fonctionner les capteurs sur une longue période et de produire des lectures précises d’un jour à l’autre», a déclaré Schwerdt. « Cela est nécessaire si vous voulez comprendre comment ces signaux interviennent dans des maladies ou conditions spécifiques. »

Pour développer un capteur qui puisse être précis sur de longues périodes, les chercheurs devaient s’assurer que cela ne provoquerait pas de réaction immunitaire, ou de tissu cicatriciel qui interfère avec la précision des lectures.

L’équipe du MIT a constaté que leurs minuscules capteurs étaient pratiquement invisibles pour le système immunitaire, même sur de longues périodes. Après l’implantation des capteurs, les populations de microglies (les cellules immunitaires qui réagissent aux dommages à court terme) et les astrocytes, qui réagissent sur de plus longues périodes, étaient les mêmes que ceux des tissus cérébraux pour lesquels les sondes n’avaient pas été implantées.

Dans cette étude, les chercheurs ont implanté trois à cinq capteurs par animal, d’une profondeur d’environ 5 millimètres, dans le striatum. Ils ont pris des lectures à chaque semaine, après avoir stimulé la libération de dopamine du tronc cérébral, qui se rend au striatum. Ils ont constaté que les mesures restaient constantes pendant 393 jours.

Une première pour ces capteurs

«C’est la première fois que quelqu’un montre que ces capteurs fonctionnent pendant plus de quelques mois. Cela nous conforte sur le fait que ces types de capteurs pourraient être utilisables pour un usage humain.», dit Schwerdt.

Paul Glimcher, professeur de physiologie et de neurosciences à l’Université de New York, estime que ces nouveaux capteurs devraient permettre à davantage de chercheurs d’effectuer des études à long terme sur la dopamine, ce qui est essentiel pour étudier des phénomènes tels que l’apprentissage.

«Il s’agit d’une réalisation technique solide qui fait avancer notre compréhension que peut jouer la dopamine dans certaines conditions», explique M. Glimcher, qui n’a pas participé à la recherche. « Cela améliore considérablement cette technologie d’une manière qui la rend accessible à plusieurs laboratoires. »

Surveillance de la maladie de Parkinson

Conçus pour être utilisés chez l’homme, ces capteurs pourraient être utiles pour surveiller les patients atteints de la maladie de Parkinson qui reçoivent une stimulation cérébrale profonde. Ce traitement consiste à implanter une électrode qui délivre des impulsions électriques dans une structure profonde du cerveau.

L’utilisation d’un capteur pour surveiller les niveaux de dopamine pourrait aider les médecins à délivrer la stimulation de manière plus sélective, uniquement lorsque cela est nécessaire. Les chercheurs tentent maintenant d’adapter leurs capteurs pour mesurer d’autres neurotransmetteurs et à mesurer les signaux électriques, qui peuvent également être perturbés par la maladie de Parkinson et d’autres maladies.

« Comprendre ces relations entre l’activité chimique et électrique sera très important pour comprendre tous les problèmes que vous voyez dans la maladie de Parkinson », explique Schwerdt.

Cette recherche a été financée par l’Institut national d’imagerie biomédicale et de génie biologique, l’Institut national des troubles neurologiques et des maladies, le Bureau de recherche de l’Armée, la Fondation Saks Kavanaugh, la Fondation Nancy Lurie Marks et le Dr Tenley Albright.

Source : MIT