L’atelier sur la neuroingénierie et les nouvelles technologies neurales McGill-Imperial College London

La formation des interfaces universitaire et biologique des neurosciences et de l’ingénierie                                         

À la suite de l’atelier sur la neuroingénierie tenu à Londres en mars 2012, des chercheurs de pointe de McGill et de l’Imperial College London se sont retrouvés au Neuro le 25 janvier  2013 afin de promouvoir et de faciliter d’autres collaborations de recherche en neurotechnologies  entre les deux universités. 

La P^re Rose Goldstein a fait référence à l’atelier comme symbole de la vision de McGill en vue de soutenir les collaborations internationales qui donnent des résultats tangibles en matière de limites de la recherche en neurosciences.

Les chercheurs de McGill et de l’ICL posent ensemble après l’allocution de la P^re Rose Goldstein (Vice-principale, Recherche et relations internationales).  L’organisateur de l’atelier, le P^r  Stefano Stifano, et le directeur de Cerveau@McGill, le D^r Claudio Cuello.

L’atelier présentait des  recherches novatrices et interdisciplinaires effectuées à McGill et au Imperial College London, en mettant en application des technologies comme l’ingénierie de surface pour le contrôle de la croissance des cellules, les modes d’administration des nanoparticules d’hydrogel et l’optogénétique.  Les exposés, 18 au total, comprenaient des applications de ces technologies afin de mieux comprendre le système nerveux et les applications pour l’étude et le traitement de maladies comme la sclérose en plaques et la maladie de Parkinson.

Le professeur Richard Reynolds (Imperial College London) parle de l’atrophie de la matière grise de la sclérose en plaques

Le chercheur principal du laboratoire sur la sclérose en plaques, le professeur Richard Reynolds, a participé à l’identification des mécanismes pouvant contribuer à l’atrophie de la matière grise due à la sclérose en plaques. Malgré le fait que la sclérose en plaques soit traditionnellement associée aux lésions de la matière blanche, la dégradation de la matière grise joue un rôle-clé dans la progression des déficits cliniques. Il est intéressant de noter que c’est l’atrophie de la matière grise (et non celle de la matière blanche) qui démontre les meilleures corrélations avec le taux de déclin cognitif due à la sclérose en plaques.  Le professeur Reynolds et ses collègues ont démontré l’existence d’une réaction immunitaire compartimentalisée au niveau des méninges situés dans les scissures du cerveau pouvant contribuer à une telle perte de matière grise. On pense que cette réaction proviendrait de l’influx initial des cellules immunitaires périphériques activées dans le système nerveux central, qui peut alors former des structures ressemblant à des follicules lymphoïdes de l’espace sous-arachnoïdien à l’intérieur des scissures du cerveau. L’accumulation de cellules immunes dans ces régions a pour résultats que le cerveau est continuellement baigné dans un milieu inflammatoire au moyen duquel les médiateurs inflammatoires peuvent se diffuser dans le cortex sous-jacent, causant ainsi des dommages.

Atrophie de la matière grise et l’accumulation des lésions corticales

Afin de pousser les recherches plus avant sur l’inflammation compartimentalisée des méninges dans la sclérose en plaques, le professeur Reynolds et ses collègues ont mis au point un modèle de sclérose en plaques chez le rat, afin d’imiter à la fois la démyélination et l’inflammation des méninges observées chez l’humain. Grâce à des hydrogels de collagène, les vecteurs lentiviraux émettant des molécules pro-inflammatoires sont administrés dans l’espace sous-arachnoïdien du cerveau du rat. Les avantages de ce nouveau système d’administration de biomatériels sont innombrables. Les hydrogels de collagène sont des systèmes de transmission intelligents biocompatibles et leurs propriétés particulières comme le rythme d’administration et la reconnaissance de la surface peuvent être modifiés et contrôlés. De plus, dans le modèle animal décrit par le professeur Reynolds, l’injection d’hydrogels de collagène dans l’espace sous-arachnoïdien donne un réseau de fibrilles collagéniques permettant l’écoulement du liquide céphalo-rachidien (LCR), alors que l’injection de nanocoquilles lentivirales crée des amas et a pour conséquence l’interruption de l’écoulement du LCR.

Le recours aux biomatériaux pour l’administration ciblée de molécules immunomodulatoires permet d’entrevoir un avenir prometteur au-delà du développement de modèles animaux. Comme l’a expliqué le professeur Reynolds, cette technologie pourrait être utilisée pour l’administration d’une thérapie immunomodulatoire ciblée non seulement dans le cas de la sclérose en plaques, mais aussi pour les maladies neurodégénératives ayant une forte composante inflammatoire comme la maladie d’Alzheimer. À cet égard, un consortium de l’union européenne a été mis sur pied pour mettre à l’épreuve des systèmes d’administration épicorticaux pour le développement des modèles animaux et des méthodes thérapeutiques pour la sclérose en plaques et la maladie d’Alzheimer. Bien qu’il y ait encore beaucoup de travail à faire pour s’assurer de la sécurité de tels systèmes d’administration fondés sur les biomatériaux chez les humains, ils offrent une option thérapeutique souple qui pourrait être appliquée à plusieurs maladies neurodégénératives différentes.

Visionnez la vidéo de l’allocution du P^r Reynolds

Le D^r Abbas Sadikot (McGill) parle du traitement de la maladie de Parkinson à l’aide de la neurochirurgie

Une autre technologie novatrice applicable à la thérapie de maladie neurologique a été présentée par le D^r Abbas Sadikot, neurochirurgien et dynamique scientifique du Neuro.  Les travaux de recherche du D^r Sadikot comprennent l’étude de la maladie de Parkinson chez le modèle animal, cependant ses travaux ont également un impact direct sur la vie des gens touchés par la maladie de Parkinson par l’entremise de la neurochirurgie pour le traitement des troubles du mouvement.

La maladie de Parkinson est une maladie neurodégénérative progressive hautement débilitante, occasionnant des défis lorsque l’on tente de faire des mouvements dans la vie de tous les jours. Dans le cas de cette maladie, une perte des cellules dopaminergiques dans la substantia nigra pars compacta du mésencéphale provoque de l’hyperactivité au niveau de la sortie des ganglions de la base créant un ralentissement excessif du système thalamus-cortex, ayant comme conséquences finale des difficultés de mouvements. Les patients peuvent démontrer des frissons au repos, de la rigidité, et une démarche lente et hésitante, des symptômes qui peuvent être réglés avec de la médication. Malheureusement, ces symptômes peuvent éventuellement devenir insensibles à cette forme de traitement. Lorsque cela se produit, certains patients peuvent être des candidats pour une stimulation profonde du cerveau. Dans la méthode du D^r Sadikot, on implante aux patients un stimulateur formé d’électrodes de platine iridié, implantés dans les noyaux du ganglion de la base comme le  noyau sous-thalamique. Ce stimulateur est relié à un système d’extension et un générateur d’impulsion situé dans la paroi de la cage thoracique. Les effets thérapeutiques d’une stimulation profonde du cerveau sur l’amélioration du mouvement chez les patients souffrant de la maladie de Parkinson peuvent s’avérer remarquables. Dans un cas exposé par le D^r Sadikot, un patient qui, avant la chirurgie, affichait une importante rigidité et une démarche très lente, hésitante, a démontré, après la chirurgie, une grande amélioration de la démarche et du mouvement. Ces effets étaient déjà apparents un mois après la chirurgie, au moment où le patient revenait tout juste d’une fin de semaine en ski de fond. De plus, à la fréquence utilisée chez les patients souffrant de la maladie de Parkinson, la stimulation profonde du cerveau ne semble pas causer de dommage local. Plusieurs années après qu’un stimulateur Thalamique ait été posé, il s’est arrêté, ce qui a eu pour résultats le retour des anciens tremblements en quelques secondes, démontrant ainsi que les cellules présentes dans cette région au moment de l’implantation sont toujours fonctionnelles.

Les mécanismes par l’entremise desquels la stimulation profonde du cerveau produit de tels effets bénéfiques sur le mouvement des patients atteints de la maladie de Parkinson sont présentement à l’étude par le D^r Sadikot et ses collègues. Les effets d’une stimulation profonde du cerveau peuvent engendrer une inhibition de l’hyperactivité dans des secteurs des noyaux des ganglions de la base. Toutefois, ces effets s’étendent surement au-delà des corps cellulaires neuronaux et incluent plusieurs éléments comme les cellules gliales dans le milieu entourant les électrodes implantés. Par rapport à l’emplacement précis des électrodes, à eux seuls, les examens IRM ne peuvent révéler cette information. Afin de pousser plus avant les recherches sur l’emplacement des électrodes, le D^r Sadikot, en collaboration avec le D^r Gilles Bertrand, a élaboré un nouvel atlas en 3D, basée sur les voxels, incluant une segmentation des différents noyaux à l’intérieur du Thalamus et des régions sous-Thalamiques. Cet atlas peut être combiné à des examens IRM à haute résolution et a révélé que plusieurs des contacts efficaces faits par les électrodes ne sont pas nécessairement dans le noyau sous thalamique mais aussi dans la région dorsal à cette zone.

La stimulation profonde du cerveau a grandement soulagé les personnes atteintes de la maladie de Parkinson. Néanmoins, il reste encore beaucoup à comprendre sur les mécanismes neurobiologiques sous-jacents à ses effets. La stimulation profonde du cerveau offre également plusieurs occasions intéressantes de technologies additionnelles. L’une des possibilités, décrites par le D^r Sadikot, pourrait être l’inclusion d’implants réceptifs à l’état physiologique dynamique, en boucle fermé.

Visionnez l’allocution du D^r Sadikot >

Une bonne poignée de main entre le P^r Richard Reynolds, le D^r William Feindel, et le D^r Claudio Cuello

Les travaux de recherche présentement en cours à McGill et à l’ Imperial College London, qui intègrent les connaissances aux techniques des secteurs des neurosciences et de l’ingénierie joueront sans doute un rôle essentiel au moment où nous continuons de dévoiler les mystères du système nerveux. Le partenariat nouvellement établi entre les deux universités élargira l’étendue des sous-secteurs, des technologies et des occasions de promouvoir la croissante et les percés en recherche en neuroingénierie.