Une technologie innovante de graphène pour amortir l'activité des synapses - c'est l'idée derrière une étude récemment publiée dans la revue ACS Nano coordonné par l'École internationale d'études avancées de Trieste (SISSA) et l'Université de Trieste. En particulier, l'étude a montré à quel point les flocons d'oxyde de graphène sont efficaces pour interférer avec les synapses excitatrices, un effet qui pourrait s'avérer utile dans de nouveaux traitements pour des maladies comme l'épilepsie.

Le laboratoire de Laura Ballerini de SISSA en collaboration avec l'Université de Trieste, l'Université de Manchester et l'Université de Castilla-la Mancha, a découvert une nouvelle approche pour moduler les synapses. Cette méthodologie pourrait être utile pour traiter des maladies dans lesquelles l'activité nerveuse électrique est altérée. Ballerini et Maurizio Prato (Université de Trieste) sont les principaux chercheurs du projet au sein du fleuron européen du graphène, une collaboration internationale de grande envergure sur 10 ans (un milliard d'euros de financement) qui étudie les usages innovants du matériau.

Les traitements traditionnels des maladies neurologiques comprennent généralement des médicaments qui agissent sur le cerveau ou la neurochirurgie. Aujourd'hui cependant, la technologie du graphène est prometteuse pour ces types d'applications, et reçoit une attention accrue de la communauté scientifique. La méthode étudiée par Ballerini et ses collègues utilise des « nano-rubans de graphène » (flocons) qui tamponnent l'activité des synapses simplement en étant présents.

« Nous avons administré des solutions aqueuses de flocons de graphène à des neurones en culture dans des conditions d'exposition « chroniques », répéter l'opération tous les jours pendant une semaine. Analyser l'activité électrique neuronale fonctionnelle, nous avons ensuite tracé l'effet sur les synapses", explique Rossana Rauti, Chercheur SISSA et premier auteur de l'étude.

Dans les expériences, la taille des paillettes variait (10 microns ou 80 nanomètres) ainsi que le type de graphène :dans une condition du graphène a été utilisé, en autre, oxyde de graphène. "L'effet 'tampon' sur l'activité synaptique ne se produit qu'avec de plus petits flocons d'oxyde de graphène et pas dans d'autres conditions, " dit Ballerini.  " L'effet, dans le système que nous avons testé, est sélectif pour les synapses excitatrices, alors qu'il est absent chez les inhibiteurs"

Une question de taille

Quelle est l'origine de cette sélectivité ? "Nous savons qu'en principe, le graphène n'interagit pas chimiquement avec les synapses de manière significative - son effet est probablement dû à la simple présence de synapses, " explique le chercheur de SISSA et l'un des auteurs de l'étude, Denis Scaïni. "Nous n'avons pas encore de preuves directes, mais notre hypothèse est qu'il y a un lien avec l'organisation sub-cellulaire de l'espace synaptique."

Une synapse est un point de contact entre un neurone et un autre où le signal électrique nerveux "saute" entre une unité pré et post-synaptique. Il y a un petit espace ou discontinuité où le signal électrique est "traduit" par un neurotransmetteur et libéré par terminaison pré-synaptique dans l'espace extracellulaire et réabsorbé par l'espace postsynaptique, à traduire à nouveau en un signal électrique. L'accès à cet espace varie selon le type de synapses :« Pour les synapses excitatrices, l'organisation de la structure permet une exposition plus élevée pour l'interaction des flocons de graphène, contrairement aux synapses inhibitrices, moins accessibles physiquement dans ce modèle expérimental, " dit Scaïni.

Un autre indice que la distance et la taille pourraient être cruciaux dans le processus se trouve dans l'observation que le graphène remplit sa fonction uniquement sous la forme oxydée. "Le graphène normal ressemble à une feuille étirée et rigide tandis que l'oxyde de graphène semble froissé, et donc éventuellement favoriser l'interface avec l'espace synaptique, " ajoute Rauti.

L'administration de solutions de flocons de graphène laisse les neurones vivants et intacts. Pour cette raison, l'équipe pense qu'ils pourraient être utilisés dans des applications biomédicales pour le traitement de certaines maladies. "On peut imaginer cibler un médicament en exploitant la sélectivité apparente des flocons pour les synapses, ciblant ainsi directement l'unité fonctionnelle de base des neurones", conclut Ballerini.