La nanoscience rencontre la neuroscience : accroître l'applicabilité des méthodes optogénétiques au moyen de nanoparticules

 

Peter Shizgal

Université Concordia

 

Domaine : organismes vivants

Programme projet de recherche en équipe

Concours 2015-2016

Les méthodes optogénétiques transforment radicalement la neuroscience en permettant à la fois de cibler des types de neurones spécifiques et de contrôler l'activité neuronale avec grande précision temporelle. Les « opsines », des protéines réagissant à la lumière, sont exprimées dans une population neuronale définie génétiquement. Selon l'opsine utilisée, la lumière stimule ou inhibe l'activité des neurones ciblées. Ces molécules offrent donc un outil puissant afin de déterminer si le signalement d'une population neuronale est suffisant ou nécessaire à l'exécution d'un comportement ou d'un processus psychologique. Toutefois, l'application de cette méthode est limitée spatialement, la lumière se dispersant dans le tissu vivant de manière significative à la longueur d'ondes permettant l'activation de l'opsine; c'est un problème qui devient particulièrement important lorsque les méthodes optogénétiques sont utilisées à l'échelle des cerveaux de rat et de singe.

Afin d'éviter ce problème, des nanoparticules à conversion lumineuse ascendante (UCNPs) seront distribuées dans certaines régions du cerveau. Les UCNPs seront ajustées de façon à pouvoir absorber des photons à 980 nm ainsi qu'à convertir leur énergie en émissions à longueurs d'onde plus courtes, incluant une bande permettant l'activation des opsines. La dispersion ("scattering") des ondes est négligeable à 980 nm et cette longueur d'onde pénètre profondément dans le tissu, permettant ainsi le contrôle de populations neuronales entières dans de grandes régions du cerveau. La distribution des UCNPs sera visualisée et leur efficacité en tant qu'intermédiaire dans la stimulation optogénétique sera évaluée au moyen de mesures électrochimiques de libération de neurotransmetteurs chez le rat.