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Les muscles peuvent être contrôlés par la lumière

Pour les personnes paralysées ou amputées, des dispositifs neuroprothétiques stimulant artificiellement la contraction musculaire avec un courant électrique peuvent les aider à retrouver la fonction de leurs membres. « Cependant, ces systèmes ne parviennent pas à moduler avec précision la force musculaire et entraînent une fatigue rapide en raison de leur mécanisme non-physiologique », ont signalé des chercheurs du Massachusetts Institute of Technology (MIT) aux États-Unis.

Ainsi, ils ont décidé de développer une nouvelle approche qui pourrait offrir un contrôle plus précis de la contraction musculaire pendant des périodes prolongées, ainsi qu’une diminution de la fatigue musculaire. Dans leurs travaux, l’équipe a expliqué qu’au lieu de prescrire l’électricité pour stimuler les muscles, ils ont utilisé la lumière. En clair, elle a exploité le pouvoir de la lumière pour stimuler les fibres musculaires génétiquement modifiées grâce à une technique appelée "optogénétique". L'optogénétique est une méthode basée sur le génie génétique des cellules pour exprimer des protéines photosensibles, ce qui permet aux chercheurs de contrôler l'activité de ces cellules en les exposant à la lumière.

Afin de tester l’efficacité de leur approche, les auteurs ont mené une expérience sur des souris génétiquement modifiées pour exprimer une protéine sensible à la lumière appelée “canalrhodopsine-2”. Ces derniers ont implanté une petite source de lumière près du nerf tibial, qui contrôle les muscles du bas de la jambe. Ensuite, les scientifiques ont comparé la quantité de force musculaire que les rongeurs pouvaient générer en utilisant la stimulation électrique avec les forces générées par la méthode optogénétique.

D’après les résultats, la technique optogénétique provoquait une augmentation constante et progressive de la contraction du muscle. « À mesure que nous modifions la stimulation optique que nous délivrons au nerf, nous pouvons contrôler proportionnellement, de manière presque linéaire, la force du muscle. Ceci est similaire à la façon dont les signaux de notre cerveau contrôlent nos muscles. Pour cette raison, il devient plus facile de contrôler le muscle par rapport à la stimulation électrique », souligne l’étude.

Les chercheurs ont également découvert que les muscles pouvaient être stimulés pendant plus d’une heure avant de se fatiguer, alors que les muscles se fatiguaient après seulement 15 minutes avec la stimulation électrique. Pour l’heure, cette approche n'est pas réalisable chez l'Homme. Les auteurs travaillent actuellement sur des moyens d'administrer des protéines sensibles à la lumière de manière sûre et efficace dans les tissus humains « sans déclencher de réponse immunitaire ». Ils élaborent également de nouveaux capteurs pouvant être utilisés pour mesurer la force et la longueur musculaires. En cas de succès, l’équipe espère que leur stratégie pourrait bénéficier aux personnes ayant subi un accident vasculaire cérébral, une amputation d’un membre ou une lésion de la moelle épinière, ainsi qu’à d’autres patients dont la capacité à contrôler leurs membres est réduite.

Article rédigé par Georges Simmonds pour RT Flash

Science

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• Publié dans : Biologie & Biochimie
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