Un microchip innovant permet de simuler le fonctionnement du cerveau humain, ouvrant la voie à de nouvelles possibilités dans la recherche de traitements efficaces pour les maladies neurologiques, notamment la maladie d’Alzheimer. Cette technologie, développée par des scientifiques, pourrait transformer la manière de tester l’efficacité des médicaments destinés au cerveau.
Le dispositif ingénieux, basé sur la technologie brain-on-a-chip, simule le fonctionnement du cerveau humain et permet d’explorer comment les molécules traversent la barrière hémato-encéphalique, la structure qui protège le cerveau mais limite également l’entrée des médicaments pour le traitement des maladies neurologiques et neurodégénératives.
Un microchip, de la taille d’un timbre-poste, peut accélérer le développement d’un traitement efficace pour la maladie d’Alzheimer, en simulant le fonctionnement de la barrière hémato-encéphalique, la membrane qui protège le cerveau
Un microchip, de la taille d’un timbre-poste, qui simule le fonctionnement du cerveau humain pourrait accélérer la recherche d un traitement pour les maladies neurologiques, dont l’Alzheimer est l’une des formes de démence neurodégénérative les plus courantes. Développé par une équipe de scientifiques du Laboratoire ibérique de nanotechnologie (INL) à Braga, au Portugal, ce dispositif permet de tester l’efficacité des traitements, en abordant le problème du passage des médicaments à travers la barrière hémato-encéphalique : cette membrane protège le tissu cérébral des toxines, des micro-organismes et d’autres substances nocives qui pourraient être présentes dans le sang.
“Seules les molécules les plus petites parviennent à franchir la barrière hémato-encéphalique, mais malgré son rôle protecteur important, cette structure entrave également le passage des médicaments destinés au cerveau” expliquent les chercheurs qui, dans le cadre du projet BrainChip4MED financé par l’Union européenne, ont développé une technologie brain-on-a-chip (BoC) pour reproduire le fonctionnement de la barrière hémato-encéphalique et tester les différents médicaments en temps réel.
Qu’est-ce que le brain-on-a-chip, le microchip qui simule le cerveau humain
Le brain-on-a-chip (BoC) est une technologie avancée qui combine l’ingénierie des tissus et le contrôle de la mécanique des fluides (microfluidique) pour imiter les fonctions et conditions cérébrales en laboratoire. Plus spécifiquement dans le développement promu par les chercheurs de l’INL, ce type de microchip simule la structure et la fonction du tissu cérébral et de la barrière hémato-encéphalique, en utilisant une approche combinant chimie, ingénierie et biologie pour créer un réseau dense de canaux de dimensions micrométriques, associé à un système complexe de biosenseurs, capable de détecter en temps réel des quantités très petites de composés déterminants.
Comme mentionné, l’objectif du nouveau brain-on-a-chip est de s’attaquer au problème de l’incapacité de la plupart des médicaments à traverser la barrière hémato-encéphalique, ce qui représente une limitation importante dans le traitement des maladies neurologiques et neurodégénératives comme l’Alzheimer. “Aujourd’hui, seuls quatre médicaments pour l’Alzheimer sont disponibles sur le marché, et aucun d’entre eux ne guérit réellement la maladie, car ils agissent uniquement sur les symptômes”, explique la docteure Raquel Rodrigues de l’INF qui, avec ses collègues chercheurs, a développé le nouveau microchip.
Pour recréer la membrane de la barrière hémato-encéphalique, l’équipe a utilisé un matériau bio-organique innovant basé sur la matrice extracellulaire native du cerveau. “C’est ce qui distingue notre travail – poursuit Rodrigues -. Nous utilisons une bio-membrane qui ressemble davantage à la barrière dans notre cerveau, tandis que d’autres dispositifs utilisent des barrières physiques, réalisées avec des composants polymériques. Mais nous, de notre point de vue, pensons que les membranes biologiques sont supérieures.”
Comment le brain-on-a-chip peut accélérer la guérison de l’Alzheimer
Grâce au nouveau brain-on-a-chip, les chercheurs peuvent examiner les médicaments en cours de développement, déterminant en temps réel à quel point un médicament est capable de traverser la barrière hémato-encéphalique : cela se fait en injectant directement les molécules de médicaments et/ou les nanotransporteurs de médicaments dans le chip et en surveillant leurs effets et leur capacité à franchir la membrane qui simule la barrière hémato-encéphalique.
Le potentiel de cette technologie, en tant qu’outil d’étude des principaux médicaments pour le traitement de la maladie d’Alzheimer, offre des perspectives prometteuses dans la recherche de nouveaux traitements efficaces, représentant également une alternative aux tests traditionnels sur les animaux qui, outre les inconvénients éthiques, comportent une série de limitations. “Le cerveau d’un animal est différent du cerveau humain – a précisé Rodrigues – . C’est pourquoi de nombreux médicaments en cours de développement échouent. Les tests sur les animaux ne reproduisent pas nécessairement les humains.”
En tant qu’outil d’expérimentation préclinique, le nouveau microchip sera désormais soumis à des tests rigoureux pour s’assurer qu’il peut être utilisé pour les médicaments qui seront finalement administrés aux patients, mais les chercheurs sont optimistes quant à l’impact que le nouveau microchip pourrait avoir à l’avenir. “Nous devons lutter contre l’Alzheimer, qui est l’une des maladies neurologiques les plus problématiques au monde – a ajouté Rodrigues – . Pour cela, nous devons trouver de nouveaux médicaments. Notre technologie représente un véritable pas en avant dans cette direction.