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Des cellules ont été implantées avec des diodes LED sous la peau de souris diabétiques. Un champ électromagnétique active les LED. Celles-ci émettent une lumière en infrarouge lointain qui déclenche la production d’une hormone par les cellules photo…
© Shanghai Key Laboratory of Regulatory Biology

Biotech

Contre le diabète, de la lumière et un smartphone

Une équipe sino-helvétique a mis au point un système novateur de régulation de la glycémie dans lequel un smartphone active, par une stimulation lumineuse, des cellules chargées de fabriquer de l’insuline

Verra-t-on un jour des patients diabétiques porter au poignet une diode électroluminescente (LED) afin que des cellules, commandées par la lumière, fabriquent des hormones permettant de maintenir un taux normal de glucose dans le sang? C’est en tout cas ce que laissent présager des travaux publiés dans la revue «Science Translational Medicine».

Des chercheurs de l’Université normale de la Chine de l’Est (ECNU) à Shanghai, associés au Pr Martin Fussenegger de l’Ecole polytechnique fédérale (ETH) de Zurich, ont mis au point une thérapie cellulaire «intelligente». Celle-ci repose sur l’optogénétique et la biologie de synthèse, deux outils récemment arrivés dans les laboratoires. Le premier consiste à manipuler génétiquement des cellules pour les rendre réactives à la lumière. Quant à la biologie de synthèse, elle vise à modifier des cellules dans le but de les doter de fonctions absentes dans la nature.

En l’occurrence, les chercheurs ont génétiquement modifié des cellules rénales humaines afin de leur faire fabriquer des protéines photosensibles capables de déclencher, au terme d’une cascade de réactions, la fabrication d’insuline ou de GLP-1, qui en stimule la production. Les cellules ont été implantées sous la peau de rongeurs diabétiques puis éclairées par une lampe. Dans une autre série d’expériences, l’implant cellulaire a été placé dans la cavité péritonéale.

Avant cette implantation dans le ventre des rongeurs, des LED ont été incorporées dans un hydrogel dans lequel baignaient aussi les cellules photo-activables. Ces LED, émettrices de lumière en proche infrarouge, ont été activées par un champ électromagnétique. Dans les deux types d’expériences, les cellules ont produit de l’insuline ou de la GLP-1 sous l’effet de la lumière émise par les diodes, avec pour conséquence une diminution de la glycémie des souris diabétiques.

«Ce travail est une fascinante illustration des applications médicales potentielles de l'optogénétique, et plus généralement de l'ingénierie cellulaire basée sur l'interaction entre la lumière et l'expression génique», commente le Pr Pierre Yves Benhamou, chef du service d'endocrinologie-diabétologie au CHU de Grenoble.

Contrôle de la glycémie pendant plusieurs semaines

Mais les chercheurs ne se sont pas arrêtés là. Ils ont développé un système permettant aux cellules implantées de réagir de manière autonome, en fonction des taux de glucose enregistrés par un glucomètre. Pour ce faire, ils ont développé une application mobile capable de traiter l’information provenant d’un glucomètre mesurant la glycémie à partir d’une goutte de sang prélevée dans une veine de la queue des souris. Le glucomètre convertit le taux de glucose en signaux qui transitent via le smartphone vers une «box» (station réceptrice-émettrice). Après réception du signal, la box module les paramètres du champ électromagnétique ambiant dans lequel se trouvent les souris diabétiques. C’est ce champ qui active les diodes incorporées. Sous l’effet de la lumière émise par ces LED, les cellules implantées produisent et sécrètent de l’insuline ou de la GLP-1. Le système consiste donc à combiner des cellules génétiquement manipulées, un glucomètre électronique relié par bluetooth à un smartphone muni d’une application dédiée et à une «box».

«Celle-ci, en liaison avec l’appli du smartphone, synchronise les données de la glycémie aux paramètres de l’irradiation lumineuse tels que la durée et la luminosité. Cela permet une réponse en temps réel des cellules photo-activées génétiquement manipulées», explique le Pr Haifeng Ye de l’ECNU de Shanghai, investigateur principal de l’étude. Chez des souris diabétiques, ce système a permis à l’implant cellulaire de maintenir la glycémie dans des valeurs normales pendant plusieurs semaines. Ce système est semi-automatique car il nécessite d’avoir recours à une mesure de la glycémie à partir d’une goutte de sang. Il n’intègre pas de capteur de glucose implantable fonctionnant en continu. A l’avenir, il pourrait être perfectionné par l’utilisation de cellules encapsulées afin qu’elles ne soient pas en contact avec des éléments du système immunitaire qui pourraient les rejeter. Pour pallier cet obstacle, une autre solution consisterait à implanter «des cellules provenant du patient lui-même», indique le Pr Haifeng Ye qui dit «travailler sur cette question en collaboration avec des médecins hospitaliers».

Avant de développer pour les patients diabétiques un système thérapeutique reposant sur ces travaux, il faudra notamment que «la lignée cellulaire choisie pour produire l’insuline soit assortie de multiples garde-fous, notamment l’emploi de gènes 'suicides' pour empêcher une prolifération incontrôlée des cellules implantées», conclut Pierre Yves Benhamou.

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