Modulation de la Neurotransmission par les Ultrasons Therapeutiques – MONTUS

La neurostimulation par ultrasons à basse énergie (USBE) est un domaine passionnant et en pleine expansion pour le traitement des troubles neurodégénératifs et psychiatriques tels que l'épilepsie, la maladie de Parkinson, la dépression, entre autres. USBE est une technologie attrayante qui offre la possibilité de cibler de manière non invasive différentes régions du cerveau : une caractéristique lui permettant de rivaliser avec d'autres technologies concurrentes, cliniquement approuvées, pour la neurostimulation, telles que la stimulation cérébrale profonde (DBS) et la stimulation magnétique transcrânienne (TMS). Cependant, les mécanismes biologiques qui sous-tendent la neurostimulation et la neurotransmission par USBE au niveau des cellules et des réseaux neuronaux restent mal compris, ce qui limite le développement et le transfert de cette technologie vers la clinique, tout en empêchant une identification correcte des applications cliniques potentielles.
L'objectif du projet MONTUS est de démontrer et de décrire la capacité de moduler la libération de neurotransmetteurs par la stimulation USBE d'une manière sûre, efficace et contrôlable. À cette fin, j'ai conçu une série d'expériences pour la caractérisation spatio-temporelle de la sécrétion de neurotransmetteurs induite par USBE dans des modèles neuronaux de complexité anatomique et physiologique croissante. Ces expériences visent à démontrer qu'il est possible d'obtenir une sécrétion préférentielle de neurotransmetteurs spécifiques en ciblant la USBE sur des régions du cerveau connues pour contenir principalement des neurones produisant un neurotransmetteur spécifique (c'est-à-dire la dopamine, le glutamate, l'acétylcholine). Les études incluses dans le projet MONTUS comprendront une variété d'expériences in vitro et ex vivo sur des cultures de cellules neuronales et des tranches de cerveau d'hippocampe de rat, ainsi que des études in vivo sur des modèles de rat. Les montages expérimentaux pour les études in vitro et ex vivo consisteront à intégrer des dispositifs de stimulation USBE conçus sur mesure avec plusieurs techniques et plateformes couramment utilisées en neurosciences, telles que l'ampérométrie en fibre de carbone, l'imagerie par fluorescence du calcium et les réseaux de microélectrodes. Une attention particulière sera accordée aux études du transport du calcium à travers les membranes cellulaires et les réseaux neuronaux résultant de l'exposition au USBE, car la sécrétion de neurotransmetteurs est un processus hautement régulé par la dynamique du calcium intracellulaire. De même, les études in vivo visant à caractériser l'efficacité et la tolérance immédiate d'un traitement à base de USBE pour augmenter la libération de neurotransmetteurs comprendront la quantification par microdialyse, des techniques d'ampérométrie et l'imagerie fonctionnelle par microPET/CT.
La recherche proposée est interdisciplinaire, transversale et translationnelle; elle devrait intégrer de multiples disciplines et expertises en physique, biologie, électrophysiologie et neurosciences. Le projet impliquera l'intégration des résultats de différents montages expérimentaux afin de produire un modèle unifié de la neurostimulation/neurotransmission par USBE qui s'adapte aux modèles allant des neurones individuels aux réseaux neuronaux complexes. En plus de compléter les connaissances actuelles sur les mécanismes biologiques et biophysiques de régulation de la neurostimulation par USBE, le travail décrit dans cette proposition révélerait de nouvelles cibles potentielles pour le traitement de diverses maladies psychiatriques et neurologiques. Les résultats et les conclusions du projet MONTUS auront un impact significatif sur le domaine de la technologie de neurostimulation à base d'énergie tout en présentant USBE comme une stratégie viable pour traiter les troubles caractérisés par des déséquilibres dans la libération des neurotransmetteurs tels que la maladie de Parkinson et la dépression.