Un lien entre les neurones sensoriels et le système immunitaire

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© 2020 EPFL

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Des scientifiques de l’EPFL, de l’ETH Zurich et de la Harvard Medical School/Boston Children’s Hospital ont développé une technologie implantable qui a permis de découvrir une interaction entre l’activation des neurones sensoriels et le système immunitaire.

La douleur est un mécanisme de protection qui nous avertit du danger en générant une sensation désagréable. Le message d’avertissement est transmis à la moelle épinière par des neurones sensoriels spécialisés, qui sont entrelacés avec d’autres neurones sensoriels et moteurs dans les nerfs périphériques. Si une blessure ne peut être évitée, une inflammation apparaît et est associée à des rougeurs, des gonflements et des douleurs. « Pendant longtemps, on a cru que la douleur et l’inflammation étaient des processus distincts, générés indépendamment. Il n’avait encore jamais été démontré si les fibres sensorielles qui déclenchent la douleur pouvaient induire une inflammation », indique Frédéric Michoud, post-doctorant à l’EPFL. Une telle interaction neuroimmune aurait des implications pour les futurs traitements de l’inflammation. L’étude publiée dans Nature Biotechnology utilisant cette nouvelle technologie montre que c’est le cas.

Stimulation sélective des neurones sensoriels par la lumière

L’optogénétique est une technique qui permet de moduler l’activité des neurones sélectionnés génétiquement en les éclairant. L’optogénétique a révolutionné les neurosciences ; le cerveau a jusqu’à présent été la cible privilégiée de ces études, l’application de l’optogénétique aux neurones des nerfs périphériques s’avérant plus difficile. « Le défi a été de développer une approche technologique qui permette une stimulation/éclairage optique répétée sur plusieurs jours sans endommager le nerf ni affecter le comportement de l’animal », explique le professeur Clifford Woolf de la Harvard Medical School/Boston Children’s Hospital.

Un implant optoélectronique autour du nerf sciatique

Les chercheurs de la Chaire Fondation Bertarelli en technologie neuroprosthétique de l’EPFL ont mis au point un implant souple qui s’enroule autour du nerf sciatique et délivre des flashes de lumière bleue à la demande. « Dans l’implant souple, nous avons intégré plusieurs diodes électroluminescentes. L’avantage est que nous pouvons contrôler électriquement l’illumination », explique Stéphanie Lacour, professeure à la Faculté des sciences et techniques de l’ingénieur. Cet implant est relié par un câble sous-cutané à un système électronique fixé sur le dessus de la tête des souris. «Nos collègues de l’ETH Zurich ont mis au point une puce miniaturisée pour contrôler les diodes implantées, qui est économe en énergie et intégrée dans une interface de communication sans fil. Grâce à ce système, nous pouvons contrôler exactement quand et comment l’implant est activé, indépendamment de ce que fait l’animal», explique la chercheuse. Les tests de contrôle ont confirmé que l’implant optoélectronique n’interfère en aucune façon avec le comportement de l’animal et n’induit pas d’effets secondaires.

L’activation des fibres sensorielles déclenche et amplifie l’inflammation

À la surprise des chercheurs, la stimulation optique répétée des neurones sensoriels spécifiques dans le nerf a produit une légère rougeur dans la patte arrière de l’animal, un signe clair d’inflammation, confirmé par des analyses quantifiées de cellules immunitaires présentes dans des échantillons de peau. "Notre étude a apporté une réponse à la question de longue date de savoir si les neurones qui produisent la douleur sont également la cause d’une inflammation à médiation immunitaire - la réponse est clairement oui », conclut Clifford Woolf.

Cette neurotechnologie implantable miniaturisée ouvre la voie à de nombreuses autres études qui permettront aux chercheurs de déchiffrer et de mieux comprendre les circuits neuronaux périphériques et centraux, et éventuellement de définir de futures approches pour traiter des syndromes tels que les douleurs chroniques ou les inflammations persistantes.