Un "cerveau sur puce" révèle comment les protéines de la maladie de Parkinson affaiblissent la barrière vasculaire du cerveau
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Les scientifiques qui recherchent les causes des maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson et la maladie d'Alzheimer se concentrent généralement sur l'accumulation de protéines anormales dans le cerveau, qui entravent les connexions neuronales normales. Mais, de nouvelles recherches menées par l'Université de Binghamton et l'Université Drexel se penchent sur un problème différent, moins étudié, qui nuit également aux patients et à leur qualité de vie : comment la maladie de Parkinson affecte le système vasculaire humain.
Le professeur adjoint Jungwook « Jay » Paek et l’étudiante en doctorat Anika Alim du département de génie électrique et informatique du Thomas J. Watson College of Engineering and Applied Science ont utilisé la technologie des organes sur puce pour imiter le comportement des cellules à l’intérieur du corps humain.
En 2024, Paek a reçu une subvention de 414 000 $ des National Institutes of Health pour étudier comment les agrégats protéiques appelés corps de Lewy interagissent avec les divers environnements cellulaires du cerveau et comment cela est lié au développement des maladies neurodégénératives.
Pour ce dernier article publié dans la revue Nature Communications Engineering, Paek, Alim, Myungwoon Lee, professeur adjoint à Drexel, et Yoongyeong Baek, doctorant, adoptent une approche d'ingénierie pour examiner comment la barrière hémato-encéphalique se dégrade à mesure que la maladie de Parkinson progresse.
« L’intérieur des vaisseaux sanguins du cerveau est tapissé de cellules endothéliales qui forment une barrière protectrice empêchant les substances nocives de pénétrer dans le tissu cérébral », a expliqué Paek. « La maladie de Parkinson altère les fonctions de cette barrière endothéliale et provoque une dégénérescence des vaisseaux sanguins. Cela peut potentiellement accroître l’exposition des neurones aux substances pathogènes circulantes et nuire à leur rôle de vaisseaux sanguins, essentiels à l’apport de nutriments et d’oxygène aux neurones. »
La technologie des organes sur puce permet de cultiver des cellules humaines vivantes sur des plateformes microfluidiques 3D de la taille d'une clé USB d'ordinateur, et elle peut simuler les fonctions physiologiques, la mécanique et la réponse d'organes entiers d'une manière facile à observer.
La technologie des organes sur puce permet au professeur adjoint Jungwook « Jay » Paek et à d’autres chercheurs du Watson College de reproduire le comportement de parties du corps humain difficiles à étudier. Crédit photo : Jonathan Cohen.
Après avoir introduit des agrégats de protéine alpha-synucléine — similaires aux corps de Lewy chez les patients atteints de la maladie de Parkinson — dans un modèle d'organe sur puce, les chercheurs de Binghamton et de Drexel ont suivi la progression de la dégradation vasculaire. Ils ont observé des anomalies telles qu'un dysfonctionnement endothélial, une rupture de la barrière endothéliale, une régression vasculaire et une altération du flux sanguin.
« Avant ces recherches, la plupart des études sur la maladie de Parkinson se concentraient sur l’agrégation de protéines spécifiques et leurs effets sur la neurodégénérescence », a déclaré Paek. « Cependant, la manière dont l’agrégation protéique contribue aux complications vasculaires reste largement méconnue ; cette découverte est donc particulièrement intéressante. »
S’appuyant sur ces recherches, les travaux futurs porteront sur des tests supplémentaires et une modélisation par intelligence artificielle améliorée de la progression de la maladie. Paek espère qu’une meilleure compréhension des troubles neurologiques permettra de développer des thérapies innovantes.
« La maladie de Parkinson est une maladie aux multiples facettes », a-t-il déclaré. « Comprendre l’interaction complexe entre la neurodégénérescence et la pathologie vasculaire offre des perspectives uniques pour aider les patients. »