Efficace, spécifique, avec une action réversible et non nocive :l'identité du biomatériau parfait semble correspondre à des flocons de graphène, l'objet d'une nouvelle étude réalisée par SISSA - Ecole Internationale d'Etudes Avancées de Trieste, Institut Catalan de Nanosciences et Nanotechnologies (ICN2) de Barcelone, et le National Graphene Institute de l'Université de Manchester, dans le cadre du projet European Graphene Flagship. Ce nanomatériau a démontré la capacité d'interagir avec les fonctions du système nerveux chez les vertébrés de manière très spécifique, interrompre la construction d'un processus pathologique qui conduit à un comportement anxieux.

"Nous avons précédemment montré que lorsque des flocons de graphène sont délivrés aux neurones, ils interfèrent spontanément avec les synapses excitatrices en empêchant temporairement la libération de glutamate par les terminaisons présynaptiques, " dit Laura Ballerini de SISSA, le chef de l'équipe qui a mené l'étude de recherche "L'oxyde de graphène empêche la plasticité synaptique dysfonctionnelle de l'amygdale latérale et rétablit le comportement d'anxiété de longue durée chez le rat, " récemment publié dans Biomatériaux .

Les chercheurs ont cherché à savoir si une telle réduction de l'activité synaptique était suffisante pour modifier les comportements associés, en particulier les pathologiques qui se développent en raison d'une hyper-fonction transitoire et localisée des synapses excitatrices. Cette approche renforcerait la stratégie de ciblage sélectif et transitoire des synapses pour prévenir le développement de pathologies cérébrales en utilisant les traitements de médecine dits précis.

Pour tester cette hypothèse, l'équipe s'est concentrée sur le trouble de stress post-traumatique (TSPT) et a mené les expérimentations en deux phases, in vivo et in vitro.

"Nous avons analysé les comportements défensifs provoqués chez le rat par la présence d'un prédateur, en utilisant l'exposition à l'odeur de chat, induire une mémoire aversive, " explique Audrey Franceschi Biagioni de SISSA, le premier auteur de l'étude. "Si exposé à l'odeur de prédateur, le rat a une réponse défensive, se terrer, et cette expérience est si bien gravée dans la mémoire, que lorsque l'animal est replacé dans le même contexte même six jours plus tard, l'animal se souvient de l'odeur du prédateur et adopte le même comportement protecteur. C'est un modèle connu et consolidé, que nous avons utilisé pour reproduire un comportement de stress. L'exposition au prédateur peut modifier les connexions neuronales - un phénomène techniquement connu sous le nom de plasticité - et augmente l'activité synaptique dans une zone spécifique de l'amygdale qui représentait donc la cible de notre étude pour tester les effets du nanomatériau. »

Laura Ballerini ajoute, "Nous avons émis l'hypothèse que les flocons de graphène que nous avons montrés inhibent temporairement les synapses excitatrices (sans provoquer d'inflammation, dommages aux neurones ou autres effets secondaires) pourraient être injectés dans l'amygdale latérale lorsque la plasticité associée à la mémoire était consolidée. Si le nanomatériau était efficace pour bloquer les synapses excitatrices, il devrait inhiber la plasticité et diminuer la réponse liée à l'anxiété. Et c'est ce qui s'est passé :les animaux qui ont reçu des flocons de graphène, après six jours, « oublié » les réponses liées à l'anxiété, sauver leur comportement."

La deuxième partie de la recherche a été réalisée in vitro. "In vivo, nous n'avons pu observer que des changements de comportement et nous n'avons pas pu évaluer l'impact des flocons de graphène sur les synapses, " explique Giada Cellot, chercheur à SISSA et premier auteur de l'étude avec Audrey Franceschi Biagioni. « Les expériences in vitro ont permis de travailler sur un modèle simplifié, pour avoir un aperçu des mécanismes par lesquels les flocons de graphène peuvent interagir avec les neurones. Nous avons utilisé des cultures neuronales obtenues à partir de l'amygdale, la région du cerveau où se produit la réponse au stress, et nous avons observé que les effets des nanomatériaux étaient spécifiques des synapses excitatrices et qu'une courte exposition aux flocons de graphène pouvait empêcher la plasticité pathologique des synapses. »

Grâce à ces découvertes, les flocons de graphène ont montré leur potentiel en tant que nanooutils (outils biomédicaux composés de nanomatériaux) qui pourraient agir de manière spécifique et réversible sur l'activité synaptique pour interrompre un processus pathologique et donc ils pourraient également être utilisés pour transporter des médicaments ou pour d'autres applications dans le domaine de médecine de précision.