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Des boîtes quantiques peuvent activer des neurones

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Pourra-t-on un jour lutter contre la maladie de Parkinson, l'épilepsie et d'autres maladies neurologiques, sans chirurgie invasive ? Peut-être, si l'on en croit des travaux de chercheurs américains. Une injection contenant des boîtes quantiques capables de se fixer sélectivement sur certains types de neurones pourrait permettre de stimuler ces cellules... avec de la lumière.

On voit à gauche une image du film de boîtes quantiques avec des cellules. Sur le schéma de droite, la boîte quantique excitée par de la lumière se comporte comme un dipôle électrique dont le champ provoque l'ouverture des canaux ioniques de la cellule. © Lugo et al., University of Washington

Il y a encore quelques dizaines d'années, la médecine était totalement désarmée face à la maladie de Parkinson et à certaines dépressions profondes rebelles à tout traitement médicamenteux. Pourtant, dans certains cas, des patients ont pu voir leurs conditions de vie s'améliorer grâce à la technique de la stimulation cérébrale profonde. Elle consiste à implanter des électrodes dans certaines régions du cerveau, comme le thalamus, pour stimuler électriquement les neurones présents. Il s'agit donc d'une sorte de pacemaker pour le cerveau.

L'opération est délicate et plusieurs complications graves peuvent survenir. Dans le cas des dépressions par exemple, un défaut de fonctionnement pourrait développer des envies suicidaires en amplifiant le malaise des patients. Un moyen permettant de contrôler efficacement et de façon sûre l'activité de certains neurones, ou de certaines zones du cerveau, sans implantation d'électrodes serait bien préférable. 

Sans aller jusqu'à croire, comme le font les apôtres les plus optimistes de la nanotechnologie, que d'ici une trentaine d'années des nanorobots pilotés par des ordinateurs (peut-être quantiques) patrouilleront dans notre corps pour régler tous les problèmes de santé possibles, il se pourrait bien que les nanosciences ouvrent des perspectives pour éviter d'en passer par la stimulation cérébrale profonde.

Sur le schéma de gauche, une boîte quantique (quantum dot en anglais) est au contact d'une cellule (cell). Sur le schéma de droite, la boîte quantique excitée par de la lumière se comporte comme un dipôle électrique dont le champ provoque l'ouverture des canaux ioniques de la cellule. © Lugo et al., University of Washington

Un groupe de chercheurs vient en effet de publier dans Biomedical Optics Express un article expliquant comment stimuler des neurones à l'aide d'un simple rayonnement et de boîtes quantiques, ces paquets d'atomes formant un semi-conducteur de quelques nanomètres et se comportant comme des sortes d'atomes artificiels avec des niveaux d'énergies.

Une première application potentielle aux cellules de la rétine

Des cellules cancéreuses ont été cultivées sur un film de ces boîtes quantiques. Sous l'action de la lumière, les électrons dans ces boîtes font des transitions de sorte que l'environnement de ces nano-objets devient chargé négativement. Les physiciens ont constaté qu'en réponse, les canaux ioniques des membranes des cellules s'ouvraient. Cela ne fonctionnait initialement qu'avec des cellules de la prostate mais en passant à des cellules nerveuses, les chercheurs ont vérifié que le même phénomène se produisait avec la formation d'un potentiel d'action.

En théorie, on pourrait injecter des boîtes quantiques recouvertes de molécules bien spécifiques pour que celles-ci aillent se fixer ensuite sur des neurones souffrant d'un dysfonctionnement. Soumises à un rayonnement, ces boîtes quantiques stimuleraient à volonté uniquement des circuits neuronaux bien précis.

La faisabilité reste à prouver, d'autant plus que ces boîtes pourraient ne pas être biocompatibles. Surtout, il faut pouvoir exciter les boîtes quantiques dans le cerveau en y faisant pénétrer un rayonnement, ce qui n'a rien d'évident. C'est pourquoi les chercheurs pensent que si cette idée peut réellement être mise en pratique un jour, elle commencera sur des cellules de la rétine, pour rendre la vue, au moins partiellement, à certains patients.

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