Des techniques pionnières de régénération hybride du cerveau
S’il est possible de régénérer des parties du corps telles que la peau, les os et le cartilage, la reconstruction du tissu cérébral est beaucoup plus complexe. Les traitements actuels des affections cérébrales telles que l’épilepsie et les lésions cérébrales se concentrent donc essentiellement sur les symptômes plutôt que sur la cause sous-jacente. Un des moyens de régénérer le tissu cérébral pourrait consister à greffer des cellules souches dans le cerveau du patient. L’idée est que ces neurones deviendront alors des neurones frais et sains. Cette approche est toutefois risquée pour diverses raisons. Tout d’abord, les cellules souches peuvent proliférer rapidement, et risquent de former une masse ou devenir une tumeur.
Des greffes de tissus cérébraux biohybrides
Le projet HERMES(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), coordonné par l’Institut italien de technologie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (IIT), s’est proposé de développer un système permettant de contrôler les greffes de cellules souches à l’aide de dispositifs d’ingénierie, ce qui offrirait davantage de stabilité et de certitude. Si cela s’avère réalisable, cela pourrait ouvrir la voie à des greffes de tissus cérébraux viables. «Mon idée était de développer une greffe de tissu cérébral véritablement biohybride qui combine un composant biologique avec un dispositif neuromorphique et un composant d’intelligence artificielle pour guider le processus», explique Gabriella Panuccio, coordinatrice du projet. «La composante IA entraîne le dispositif jusqu’à ce qu’il apprenne à “gérer” le greffon biologique dans le cerveau. L’IA et le dispositif neuromorphique seraient ensuite “débranchés”, une fois le cerveau guéri.»
Hôtes modèles, greffes modèles et systèmes d’IA
La démonstration de ce concept s’est toutefois avérée extrêmement complexe. En ce qui concerne l’aspect in vivo, une technique spécifique de neurochirurgie peu invasive a dû être développée pour permettre l’injection de cellules souches et de biomatériaux sous forme de fluide au bon endroit. «Il s’agissait d’une culture de cellules souches destinées à devenir des neurones hippocampiques», explique Gabriella Panuccio. Des expériences pilotes sur des modèles animaux ont aidé l’équipe à définir des stratégies de neuromodulation (c’est-à-dire des moyens de modifier l’activité du système nerveux par stimulation électrique). Parallèlement, la technologie in vitro a permis à Gabriella Panuccio de démontrer comment son approche biohybride pourrait fonctionner dans la pratique, avec l’hôte modèle, le greffon modèle, le dispositif neuromorphique et le système d’IA travaillant en harmonie. L’IA était un système multi-agents, dont les différents composants servaient des objectifs différents, mais communiquaient tous entre eux. «L’une des étapes clés a été la mise en place et le fonctionnement de l’ensemble de l’architecture biohybride», explique-t-elle. «Cela n’a pas été facile, car la technologie commerciale n’était pas facilement accessible pour soutenir cette recherche à un stade précoce.»
Des constructions biohybrides externes
Des démonstrations in vitro ont révélé comment les différents composants du système biohybride communiquent et travaillent ensemble, le composant IA réglant les paramètres du dispositif neuromorphique en temps réel pendant l’interaction entre le greffon et l’hôte, médiée par la stimulation électrique. «La recherche sur la régénération du cerveau n’en est qu’à ses balbutiements», ajoute Gabriella Panuccio. «La greffe et la différenciation des cellules souches posent encore des difficultés, et un certain nombre de questions demeurent en suspens. Par exemple, deux types de greffons modèles ont été développés dans le cadre de ce projet, l’un s’est avéré épileptogène (générant des crises), l’autre non épileptogène. Pourquoi en est-il ainsi? Et le greffon non épileptogène deviendra-t-il épileptogène une fois greffé dans un cerveau épileptique?» Gabriella Panuccio pense qu’une construction biohybride externe pourrait être utilisée en tant qu’étape intermédiaire, afin de mieux comprendre comment la communication entre le cerveau et toute greffe biohybride potentielle pourrait fonctionner. Elle a également lancé Neurotronika(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), une jeune entreprise de technologie médicale spécialisée dans l’application de la neuromodulation symbiotique au traitement de l’épilepsie.
