Concevoir des outils de bio-ingénierie pour une meilleure santé cérébrale
L’épilepsie est une maladie cérébrale chronique grave caractérisée par des crises récurrentes. Il s’agit de l’une des affections neurologiques graves les plus courantes, qui touche environ 60 millions de personnes dans le monde. «Il existe des besoins urgents et non satisfaits pour le traitement de ces maladies neurologiques», explique Deirdre Kilbane, coordinatrice du projet PRIME(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), de l’Institut Walton(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) à l’université technologique du sud-est(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (SETU) en Irlande.
Des systèmes autonomes de cellules vivantes implantables
Le projet PRIME a cherché à relever ce défi par le biais d’une nouvelle technique pionnière. Réunissant sept partenaires internationaux experts dans des domaines multidisciplinaires tels que la biologie synthétique, l’informatique, l’ingénierie de la communication et la nanomédecine, le projet a pour objectif de développer un système de cellules vivantes implantable autonome, capable d’activer la suppression des crises d’épilepsie. L’idée est que ces cellules, implantées dans le cerveau, puissent prédire les crises d’épilepsie et libérer des molécules thérapeutiques en temps réel. L’un des principaux objectifs du projet est de modéliser et de simuler les voies de communication moléculaires qui interviennent dans l’apparition des crises d’épilepsie. Ces travaux ont été menés par l’Institut Walton de la SETU. L’université d’Aarhus s’est concentrée sur la régulation de l’expression des gènes et l’apparition des crises d’épilepsie, tandis que le Collège royal de chirurgie d’Irlande s’est penché sur la conception moléculaire, la mise en œuvre et la validation fonctionnelle des cellules neuronales artificielles. À l’université de Ferrare, des scientifiques ont étudié la possibilité de doter des cellules de mammifères de fonctions de calcul moléculaire. Les partenaires du projet de l’université de Tampere ont apporté leur expertise en matière de microfabrication, de technologie des membranes et d’encapsulation des cellules de bio-informatique. De son côté, le partenaire du projet, omiics, a mis à profit son expertise en matière de séquençage de l’ARN à faible débit et d’analyse bio-informatique, tandis qu’EPOS-IASIS a fourni des informations sur la nanofabrication, les nanomatériaux, la nanomédecine et les technologies génétiques.
L’intelligence artificielle pour optimiser la réponse et la performance
Grâce à cette collaboration interdisciplinaire, des progrès significatifs ont été réalisés. Les principales avancées concernent la simulation des communications moléculaires, l’ingénierie cellulaire et la conception de dispositifs implantables. Un prototype d’outil de conception pour l’ingénierie des cellules recourt à l’intelligence artificielle (IA) et intègre des simulations de communication moléculaire qui utilisent la modélisation biophysique et la mécanique statistique. «De vastes ensembles de données expérimentales fournis à chaque étape du développement nous ont permis d’utiliser l’IA pour prédire avec précision et optimiser la réponse et la performance», note Deirdre Kilbane. Les partenaires ont réussi à créer des cellules ARPE-19 de mammifères dotées de fonctions de calcul moléculaire capables de détecter des signaux liés aux crises (tsRNA) et de déclencher la libération d’une molécule thérapeutique (GDNF). Les travaux du projet ont donné lieu à une douzaine de publications, dont la plus récente est un article(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) décrivant certains des travaux réalisés pour établir des modèles de propagation de la communication moléculaire et des dispositifs de biodétection implantables.
Diagnostic et suivi des maladies neurologiques
Les partenaires du consortium PRIME continuent à rassembler les résultats et à les analyser. Les prochaines étapes comprennent des tests in vivo pour s’assurer que l’équipe est en mesure d’atteindre ses principaux objectifs. «Il s’agit d’un projet innovant qui a fait l’objet d’une étroite collaboration entre les partenaires», déclare Deirdre Kilbane. «Nous sommes impatients de poursuivre notre travail au cours des derniers mois de PRIME.» Dans l’ensemble, le projet représente une étape importante dans l’amélioration de la vie des personnes atteintes d’épilepsie et d’autres maladies neurologiques chroniques. En effet, le concept d’implantation de cellules synthétiques programmables imitant les circuits informatiques électroniques pourrait être étendu au traitement d’autres maladies neurologiques. «Les innovations mises au point par PRIME pourraient révolutionner la manière dont nous diagnostiquons et suivons les maladies neurologiques en détectant efficacement les biomarqueurs», ajoute Deirdre Kilbane. «Nous avons fait un grand pas en avant dans la conception d’outils de bio-ingénierie pour une meilleure santé cérébrale.»
