Spécialement adapté, des impulsions lumineuses ultrarapides peuvent déclencher le déclenchement des neurones et pourraient un jour aider les patients souffrant de problèmes circadiens ou d'humeur sensibles à la lumière, selon une nouvelle étude chez la souris à l'Université de l'Illinois.

Les chimistes ont utilisé des faisceaux lumineux si soigneusement conçus, appelé contrôle cohérent, pour réguler les réactions chimiques, mais cette étude est la première démonstration de leur utilisation pour contrôler la fonction dans une cellule vivante. L'étude a utilisé des neurones optogénétiques de souris, c'est-à-dire des cellules auxquelles un gène a été ajouté pour les faire réagir à la lumière. Cependant, les chercheurs disent que la même technique pourrait être utilisée sur des cellules naturellement sensibles à la lumière, comme celles de la rétine.

"Le dicton, « L'œil est la fenêtre de l'âme » a un certain mérite, parce que notre corps réagit à la lumière. Les photorécepteurs de nos rétines se connectent à différentes parties du cerveau qui contrôlent l'humeur, rythmes métaboliques et rythmes circadiens, " a déclaré le Dr Stephen Boppart, le leader de l'étude publiée dans la revue Physique de la nature . Boppart est un professeur de l'Illinois en génie électrique et informatique et en bio-ingénierie, et est également médecin.

Les chercheurs ont utilisé la lumière pour exciter un canal sensible à la lumière dans la membrane des neurones. Quand les chaînes étaient excitées, ils ont laissé passer les ions, ce qui a provoqué le feu des neurones.

Alors que la plupart des systèmes biologiques dans la nature sont habitués à la lumière continue du soleil, L'équipe de Boppart a utilisé une rafale d'impulsions lumineuses très courtes - moins de 100 femtosecondes. Cela fournit beaucoup d'énergie en peu de temps, exciter les molécules à différents états d'énergie. En plus de contrôler la durée des impulsions lumineuses, L'équipe de Boppart contrôle l'ordre des longueurs d'onde dans chaque impulsion lumineuse.

« Quand vous avez une impulsion lumineuse ultracourte ou ultrarapide, il y a beaucoup de couleurs dans cette impulsion. Nous pouvons contrôler les couleurs qui viennent en premier et la luminosité de chaque couleur, " dit Boppart. " Par exemple, les longueurs d'onde bleues sont beaucoup plus énergétiques que les longueurs d'onde rouges. Si nous choisissons la couleur qui vient en premier, nous pouvons contrôler quelle énergie la molécule voit à quel moment, pour faire monter l'excitation ou redescendre à la ligne de base. Si nous créons une impulsion où le rouge vient avant le bleu, c'est très différent que si le bleu venait avant le rouge."

Les chercheurs ont démontré en utilisant des modèles d'impulsions lumineuses adaptées pour que les neurones se déclenchent selon différents modèles.

Boppart dit qu'un contrôle cohérent pourrait donner plus de flexibilité aux études d'optogénétique, puisque la modification des propriétés de la lumière utilisée peut donner aux chercheurs plus de possibilités que d'avoir à concevoir des souris avec de nouveaux gènes chaque fois qu'elles souhaitent un comportement neuronal différent.

En dehors de l'optogénétique, les chercheurs travaillent à tester leur technique de contrôle cohérent avec des cellules et des processus naturellement sensibles à la lumière - cellules rétiniennes et photosynthèse, par exemple.

"Ce que nous faisons pour la toute première fois, c'est d'utiliser un contrôle léger et cohérent pour réguler la fonction biologique. C'est fondamentalement plus universel que l'optogénétique - ce n'est que le premier exemple que nous avons utilisé, " dit Boppart. " En fin de compte, cela pourrait être un gène sans, moyen sans médicament de réguler la fonction cellulaire et tissulaire. Nous pensons qu'il pourrait y avoir des « opto-ceutiques, « méthodes de traitement des patients avec la lumière. »