Un mini-cerveau cultivé en laboratoire, auquel on administre un médicament contre l'épilepsie, apprend en temps réel
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Le traitement médicamenteux altère les performances d'un système microphysiologique neuronal de traitement de l'information. La recherche a été menée par Cortical Labs et marque une avancée significative dans l'étude et le traitement des troubles neurologiques en temps réel.
Dans une première mondiale, des chercheurs ont utilisé un modèle de maladie apparentée à l'épilepsie en laboratoire et ont démontré qu'un traitement de l'information et une fonction neuronale améliorés pouvaient être obtenus grâce à un médicament spécialement conçu pour traiter cette maladie. Publiée dans Communications Biology , cette recherche, menée par Cortical Labs , marque une avancée majeure dans l'étude et le traitement des troubles neurologiques en temps réel.
Cortical Labs est une start-up australienne qui a créé le premier ordinateur biologique commercial au monde, le CL1, qui fusionne des neurones cultivés en laboratoire à partir de cellules souches humaines avec du silicium dur pour créer une forme d'IA plus avancée et durable, connue sous le nom d'« Intelligence Biologique Synthétique » (SBI).
En collaboration avec Cortical Labs, la recherche a été menée par des chercheurs de l'Université de Cambridge et de la start-up de biotechnologie britannique bit.bio.
Brett Kagan, directeur scientifique de Cortical Labs, a déclaré : « Cette avancée majeure marque une avancée majeure non seulement dans notre façon d'étudier et de comprendre les maladies et les médicaments conçus pour traiter les processus neuronaux affectés par ces maladies. Pour la première fois, aux côtés de chercheurs parmi les plus éminents au monde dans leur domaine, nous avons pu démontrer que les processus d'information altérés par une maladie peuvent être restaurés grâce à un médicament spécialement conçu pour la traiter. »
Bien qu'il s'agisse d'une étape cruciale et de l'aboutissement de nombreuses années de recherche chez Cortical Labs, ce n'est qu'un début. La possibilité d'observer en temps réel la réaction des neurones vivants à la stimulation et aux traitements médicamenteux ouvre des perspectives inédites pour développer, tester et personnaliser les thérapies, sans recourir à des modèles animaux. Forts de nos premières découvertes, nous continuerons d'affiner la modélisation afin de développer à l'avenir des thérapies plus efficaces et plus adaptées aux patients.
L'évaluation des interventions pharmacologiques sur les systèmes neuronaux in vitro met souvent l'accent sur les modifications moléculaires et structurelles. Or, les systèmes neuronaux traitent et agissent fondamentalement sur l'information. Pour que les essais précliniques puissent prédire l'efficacité des médicaments, ils doivent modéliser ces fonctions physiologiques.
DishBrain, un test d'intelligence biologique synthétique in vitro (SBI) intégrant un système neuronal dans un monde de jeu simulé, permet de quantifier cette capacité de traitement de l'information. Cependant, la question demeure de savoir si un tel système permet une interrogation pharmacologique classique et un profilage dose-réponse.
La dysrégulation glutamatergique hyperactive est liée à des troubles neurologiques, notamment l'épilepsie, et la surexpression inductible de la neurogénine 2 (NGN2) dans les cellules souches pluripotentes induites humaines (hiPSC) génère des cultures glutamatergiques avec une hyperactivité dérégulée.
L'étude a donc testé trois médicaments antiépileptiques (MAA), la phénytoïne, le pérampanel et la carbamazépine, sur les neurones NGN2 dès le 21e jour de différenciation dans ce système. L'utilisation de ces types cellulaires reproductibles a été rendue possible grâce à des collaborateurs clés, l'Université de Cambridge et la start-up britannique de biotechnologie bit.bio. La principale conclusion a été que, si tous les composés modifiaient les décharges spontanées, la carbamazépine 200 µM améliorait significativement les performances de jeu.
Il s'agit de la première démonstration d'une altération de l'activité cérébrale spontanée (SBI) après un traitement médicamenteux exogène. Il est à noter que seuls les composés inhibiteurs ont amélioré l'activité ciblée, reliant l'atténuation glutamatergique à la performance. L'analyse neurocomputationnelle a révélé des réponses pharmacologiques nuancées lors de la stimulation en boucle fermée, mettant en lumière des perspectives allant au-delà des mesures d'activité spontanée.
Brad Watmuff, responsable de la biologie chez Cortical Labs, a commenté : « L'un des défis les plus urgents en neurosciences est d'améliorer le taux de réussite des nouveaux traitements efficaces pour les patients. Nos travaux mettent en évidence un obstacle majeur à cet objectif : les paramètres fonctionnels neuronaux sur lesquels nous nous appuyons généralement pour définir l'efficacité du traitement peuvent ne pas être optimaux. Plus important encore, nous démontrons que ces paramètres peuvent être influencés, voire améliorés, par une intervention médicamenteuse, ouvrant ainsi la voie à des mesures plus pertinentes du succès thérapeutique. »