Avoir le contrôle absolu de l'activité d'une molécule dans un organisme, ou décider quand, où et comment un médicament est activé - ce sont quelques-uns des objectifs possibles avec les molécules dites photocommutables, composés qui changent leurs propriétés en présence de certaines ondes lumineuses. Les résultats d'une étude menée par l'Institut de Bioingénierie de Catalogne (IBEC) en collaboration avec l'Universitat Autònoma de Barcelona (UAB), rapprocher cet objectif d'un pas.

À l'aide de lasers à lumière infrarouge pulsée, les scientifiques ont activé des molécules situées à l'intérieur du tissu neural avec une efficacité de près de 100 %. « C'est une évolution qui ouvre la porte à un grand nombre d'applications, y compris les médicaments qui n'agissent qu'au point du corps qui est illuminé et sont donc exempts d'effets secondaires indésirables dans d'autres régions, et le contrôle spatial et temporel de toute protéine dont on veut étudier la fonction dans le contexte d'un organisme, " dit Pau Gorostiza, Professeur-chercheur ICREA et responsable du Groupe Nanosondes et Nanocommutateurs à l'IBEC. L'étude vient d'être publiée dans la revue Communication Nature .

Commutateurs photosensibles de haute précision

La molécule photocommutable que les chercheurs ont utilisée est une nouvelle variante de l'azobenzène, un composé chimique qui a une forme plate dans l'obscurité, mais qui se plie lorsqu'il est exposé à la lumière. La photopharmacologie cherche à tirer parti de cette propriété particulière pour contrôler l'activité des médicaments :un médicament inactif associé à de l'azobenzène est introduit dans l'organisme. La conception du médicament ne permet son fonctionnement que lorsque l'azobenzène est plié. De cette façon, le médicament n'agira qu'aux endroits où la lumière qui stimule l'azobenzène est irradiée, évitant ainsi les effets secondaires associés à l'action du médicament dans d'autres domaines où l'azobenzène est présent.

Jusque récemment, des techniques basées sur des molécules photocommutables utilisaient des lasers à onde continue de lumière violette ou bleue (stimulation à un photon) pour activer ces composés, une méthode qui ne permet pas de focaliser le stimulus. "Nous voulions que la molécule soit activée à un point précis, pas le long de tout le faisceau de lumière que nous irradions. Nous avons vu que les transitions à deux photons utilisant la lumière infrarouge pulsée pouvaient y parvenir, mais l'efficacité était très faible, et les applications étaient limitées. Les molécules que nous avons développées atteignent maintenant cet effet avec une efficacité de 100 pour cent. C'est une technologie très robuste et précise pour manipuler l'activité neuronale, " ont déclaré Jordi Hernando et Ramon Alibés, des chercheurs du Département de chimie de l'UAB qui ont supervisé une partie de ce travail avec Josep Mª Lluch et Félix Busqué.

Les chercheurs ont prouvé l'efficacité de la technique sur des neurones de souris et dans un modèle animal pour l'étude des circuits neuronaux, le ver Caenorhabditis elegans. "Bien que les cellules d'un tissu neuronal soient très proches les unes des autres, nous avons réussi à sélectionner ceux dans lesquels nous voulions activer la molécule photocommutable."

Stimulation par absorption à deux photons, prédit par Maria Göppert-Mayer et démontré à l'aide des lasers pulsés développés par les lauréats du prix Nobel de physique en 2018, Donna Strickland et Gérard Mourou, a représenté une révolution pour la visualisation et la manipulation de l'activité neuronale.

Les résultats de ce développement ouvrent la porte à de nouvelles pistes de recherche dans le domaine moléculaire. Avec la technique décrite, les scientifiques posséderont un contrôle spatio-temporel sans précédent sur toute molécule photocommutable qu'ils souhaitent étudier.