Qu'est-ce que l'optogénétique?
L'optogénétique est le contrôle de l'action cellulaire utilisant une combinaison de techniques génétiques et optiques. Cette méthode a commencé avec la découverte de produits biochimiques qui produisent des réponses cellulaires lorsqu’ils sont exposés à la lumière. En isolant les gènes qui codent pour ces protéines, les scientifiques les utilisent pour stimuler les réponses lumineuses dans d'autres cellules vivantes. Les connaissances acquises grâce à l'optogénétique permettent aux chercheurs de mieux comprendre divers processus pathologiques.
Dans les années 1970, des scientifiques ont découvert que certains organismes produisent des protéines contrôlant les charges électriques qui traversent normalement les membranes cellulaires. Ces protéines provoquent une interaction entre les cellules lorsqu'elles sont exposées à certaines longueurs d'onde de la lumière. Ces protéines, communément appelées protéines G, sont codées par un groupe de gènes appelés opsines. Pendant cette période, les chercheurs ont découvert que les bactériorhodopsines répondaient au feu vert. D'autres recherches ont permis de découvrir d'autres membres de la famille des opsines, notamment la channelrhodopsine et l'halorhodopsine.
Au cours de la décennie 2000-2010, les neuroscientifiques ont découvert qu'il était possible d'extraire des gènes d'opsine et de les insérer dans d'autres cellules vivantes, qui acquéraient alors la même photosensibilité. L'une des méthodes initialement utilisées consistait à éliminer les gènes d'opsine, à les combiner avec un virus bénin et à les insérer dans des neurones vivants d'une boîte de Pétri. Lorsque les cellules injectées ont été exposées à des impulsions de lumière verte, les neurones ont répondu en ouvrant des canaux ioniques. Les canaux étant ouverts, les cellules ont reçu un afflux d’ions qui a provoqué l’écoulement d’un courant électrique, amenant la communication avec un autre neurone. Les scientifiques ont découvert que d'autres protéines G réagissaient à différentes couleurs claires, inhibant ou améliorant les canaux ioniques du calcium et la libération d'épinéphrine.
La recherche a finalement progressé de l'application d'optogénétique à un petit groupe de cellules vivantes à l'utilisation de sujets mammifères vivants. En introduisant les gènes d'opsine dans le cerveau de souris, les cellules ont commencé à produire les protéines G. Grâce à ces protéines G et à leur fibre optique, les scientifiques ont pu contrôler le taux de déclenchement des neurones. Ils ont également mis au point un procédé de conversion d'une petite fibre optique en une électrode pour permettre une lecture électrique de l'activité cellulaire. Cette interface cerveau-ordinateur permet aux chercheurs d'évaluer et de réguler des groupes spécifiques de cellules n'importe où dans le cerveau.
En combinant l'imagerie par résonance magnétique (IRM) et l'optogénétique, les chercheurs sont en mesure de cartographier les activités et les voies neurales dans le cerveau. En explorant les subtilités de la fonction neurologique, les médecins comprennent mieux ce qui constitue une activité cérébrale normale et anormale. Contrairement aux médicaments et à l'électrothérapie, l'optogénétique permet la régulation de cellules et de voies spécifiques. Les connaissances et la technologie issues de l'optogénétique permettent également de contrôler la fonction des cellules cardiaques, des lymphocytes et des cellules pancréatiques sécrétant de l'insuline.