Une équipe de Hong Kong rapporte une stimulation cérébrale par ultrasons et nanostructures chez la souris

Une équipe de recherche de l'Université polytechnique de Hong Kong a combiné des ultrasons de faible intensité avec des nanostructures creuses de silice conçues (de minuscules particules creuses) pour stimuler des régions cérébrales spécifiques chez la souris, selon un rapport de Phys.org. L'étude, intitulée « Sono-mechanical nanostructures-enabled sustained precise ultrasound brain stimulation », a été publiée dans Nature Communications. Lei Sun, professeur au Département de génie biomédical et de technologie du sport et directeur du Centre de recherche pour les interfaces cerveau-ordinateur non invasives de l'université, a dirigé l'équipe, a rapporté Phys.org.

La maladie de Parkinson est principalement liée à la perte progressive des cellules nerveuses productrices de dopamine (la dopamine est un messager chimique du cerveau) et touche les systèmes cérébraux qui contrôlent le mouvement, provoquant souvent des tremblements, une raideur, une lenteur et des problèmes d'équilibre, selon le rapport. Le traitement actuel repose généralement sur des médicaments tels que la lévodopa, qui peuvent améliorer les symptômes, en particulier aux stades précoces, mais dont les bénéfices peuvent devenir moins constants avec le temps, indique le rapport. Pour certains patients, la stimulation cérébrale profonde (DBS) offre une autre option, mais elle implique une chirurgie pour placer des électrodes profondément dans le cerveau, selon le rapport.

Les ultrasons transcraniens conventionnels (délivrés à travers le crâne) pénètrent profondément et peuvent être administrés de manière non invasive, mais leur résolution spatiale est généralement limitée à l'échelle millimétrique ou centimétrique, ce qui rend difficile l'activation sélective de petits groupes de neurones, a rapporté Phys.org. Des approches antérieures assistées par nanoparticules ou nanobulles ont amélioré la localisation, mais leur instabilité dans les tissus vivants a limité leur utilité pour des applications à long terme, selon le rapport. Les nanostructures creuses de silice utilisées par l'équipe de Sun sont restées présentes dans le cerveau de la souris pendant plus de neuf semaines tout en demeurant sensibles aux ultrasons, indique le rapport.

Cette persistance a permis une stimulation répétée de régions cérébrales ciblées, notamment le cortex moteur, le striatum, l'aire tegmentale ventrale et le noyau sous-thalamique, sans modification génétique et sans administration répétée dans le cerveau, selon le rapport. La stimulation par ultrasons du noyau sous-thalamique ciblé par les nanostructures a augmenté la signalisation dopaminergique, ce qui, selon le rapport, suggérait que l'approche activait des voies touchées dans la maladie de Parkinson. Les souris traitées ont également montré une meilleure préservation des neurones liés à la dopamine, et des bénéfices similaires ont été observés dans un second modèle de la maladie de Parkinson, selon le rapport.

Phys.org a décrit cette recherche comme une preuve de concept pour une neuromodulation chronique, localisée et peu invasive (modification de l'activité des cellules nerveuses) utilisant des ultrasons et des nanostructures creuses de silice. Le rapport indique que la méthode pourrait obtenir certains effets similaires à la DBS sans électrodes implantées. Il indique également que ces travaux répondent à un défi central dans la transposition de telles approches. Les résultats rapportés concernaient des souris ; le rapport ne décrit aucun test chez l'humain.