La stimulation électrique pulsée entraîne une neuromodulation spécifique au type cellulaire. Crédit : Rachel Keady Keeney
Des chercheurs de l’Université Carnegie Mellon ont trouvé un moyen de rendre la stimulation cérébrale profonde (DBS) plus précise, ce qui entraîne des effets thérapeutiques qui durent plus longtemps que ce qui est actuellement disponible. Les travaux, dirigés par Aryn Gittis et ses collègues du laboratoire Gittis de la CMU, feront considérablement progresser l’étude de la maladie de Parkinson.
Le DBS permet aux chercheurs et aux médecins d’utiliser de fines électrodes implantées dans le cerveau pour envoyer des signaux électriques à la partie du cerveau qui contrôle les mouvements. C’est un moyen éprouvé d’aider à contrôler les mouvements indésirables dans le corps, mais les patients doivent recevoir une stimulation électrique continue pour obtenir un soulagement de leurs symptômes. Si le stimulateur est éteint, les symptômes réapparaissent immédiatement.
Gittis, professeur agrégé de sciences biologiques au Mellon College of Science et professeur au Neuroscience Institute, a déclaré que la nouvelle recherche pourrait changer cela.
“En trouvant un moyen d’intervenir qui a des effets durables, notre espoir est de réduire considérablement le temps de stimulation, minimisant ainsi les effets secondaires et prolongeant la durée de vie de la batterie des implants.”
Gittis a mis le fondement de cette approche thérapeutique en 2017, lorsque son laboratoire a identifié des classes spécifiques de neurones dans les circuits moteurs du cerveau qui pourraient être ciblés pour fournir un soulagement durable des symptômes moteurs dans les modèles de Parkinson. Dans ce travail, le laboratoire a utilisé l’optogénétique, une technique qui utilise la lumière pour contrôler les neurones génétiquement modifiés. L’optogénétique, cependant, ne peut actuellement pas être utilisée sur l’homme.
Depuis, elle essaie de trouver une stratégie plus facilement transposable aux patients atteints de la maladie de Parkinson. Son équipe a réussi chez la souris avec un nouveau protocole DBS qui utilise de courtes périodes de stimulation électrique.
“C’est une grande avancée par rapport aux autres traitements existants”, a déclaré Gittis. « Dans d’autres protocoles DBS, dès que vous désactivez la stimulation, les symptômes réapparaissent. Cela semble offrir des avantages plus durables – au moins quatre fois plus longtemps que le DBS conventionnel. »
Dans le nouveau protocole, les chercheurs ciblent des sous-populations neuronales spécifiques dans le globus pallidus, une zone du cerveau dans les noyaux gris centraux, avec de courtes périodes de stimulation électrique. Gittis a déclaré que les chercheurs essayaient depuis des années de trouver des moyens de fournir une stimulation d’une manière spécifique au type de cellule.
« Ce concept n’est pas nouveau. Nous avons utilisé une approche « de bas en haut » pour déterminer la spécificité du type cellulaire. Nous avons étudié la biologie de ces cellules et identifié les intrants qui les animent. Nous avons trouvé un point idéal qui nous a permis d’utiliser la biologie sous-jacente », a-t-elle déclaré.
Teresa Spix, la première auteure de l’article, a déclaré que bien qu’il existe de nombreuses théories solides, les scientifiques ne comprennent pas encore pleinement pourquoi DBS fonctionne.
« Nous jouons en quelque sorte avec la boîte noire. Nous ne comprenons pas encore chaque élément de ce qui se passe là-dedans, mais notre approche à courte rafale semble apporter un plus grand soulagement des symptômes. Le changement de modèle nous permet d’affecter différemment les types de cellules », a-t-elle déclaré.
Spix, qui a soutenu son doctorat. en juillet, est enthousiasmé par le lien direct entre cette recherche et les études cliniques.
« Souvent, ceux d’entre nous qui travaillent dans des laboratoires de recherche en sciences fondamentales n’ont pas nécessairement beaucoup de contacts avec de vrais patients. Cette recherche a commencé avec des questions de circuits très basiques, mais a abouti à quelque chose qui pourrait aider les patients dans un proche avenir », a déclaré Spix.
Ensuite, les neurochirurgiens du Allegheny Health Network (AHN) de Pittsburgh utiliseront les recherches de Gittis dans une étude de sécurité et de tolérabilité chez l’homme. Nestor Tomycz, chirurgien neurologique à l’AHN, a déclaré que les chercheurs commenceront bientôt une étude croisée randomisée en double aveugle sur des patients atteints de la maladie de Parkinson idiopathique. Les patients seront suivis pendant 12 mois pour évaluer les améliorations de leurs symptômes moteurs de la maladie de Parkinson et la fréquence des événements indésirables.
« Aryn Gittis continue de mener des recherches spectaculaires qui éclairent notre compréhension de la pathologie des noyaux gris centraux dans les troubles du mouvement. Nous sommes ravis que ses recherches sur la stimulation par rafale montrent un potentiel d’amélioration par rapport à la DBS, qui est déjà une thérapie bien établie et efficace pour la maladie de Parkinson », a déclaré Tomycz.
Donald Whiting, médecin-chef de l’AHN et l’un des plus grands experts du pays dans l’utilisation du DBS, a déclaré que le nouveau protocole pourrait ouvrir la porte à des traitements expérimentaux.
« Aryn nous aide à mettre en évidence dans le modèle animal des éléments qui vont changer l’avenir de ce que nous faisons pour nos patients. Elle aide en fait à faire évoluer le traitement des soins des patients atteints de la maladie de Parkinson pour les décennies à venir grâce à ses recherches », a déclaré Whiting.
Tomycz a accepté. “Ce travail va vraiment aider à concevoir la future technologie que nous utilisons dans le cerveau et nous aidera à obtenir de meilleurs résultats pour ces patients.”
Référence : « La neuromodulation spécifique à la population prolonge les avantages thérapeutiques de la stimulation cérébrale profonde » 8 octobre 2021, Science.
DOI : 10.1126/science.abi7852
Les co-auteurs supplémentaires de l’étude sont Shruti Nanivadekar, Noelle Toong, Irene M. Kaplow, Brian R. Isett, Yazel Goksen et Andreas R. Pfenning.
La recherche a été financée par la Fondation Richard King Mellon, le programme Lane Fellows, la Fondation Michael J. Fox et les National Institutes of Health.
