Contr?ler la formation d'insuline avec une smartwatch
Des chercheurs de l'ETH ont développé un interrupteur génétique qui peut être actionné par la lumière LED verte des smartwatches du commerce - une première qui pourrait être utilisée à l'avenir pour le traitement du diabète.
De nombreuses montres de sport ou smartwatches modernes intègrent des diodes LED. Celles-ci émettent une lumière verte continue ou pulsée qui traverse la peau et est utilisée entre autres pour mesurer le pouls pendant l'activité sportive ou au repos.
De telles montres sont désormais très répandues. C'est pourquoi des chercheurs de l'ETH dirigés par Martin Fussenegger du Département des systèmes biologiques à B?le veulent utiliser cette source de lumière pour contr?ler des gènes à travers la peau et modifier le comportement des cellules. La difficulté ici : "Un système moléculaire qui réagit à la lumière verte n'existe pas naturellement dans les cellules humaines", souligne Martin Fussenegger, "nous avons donc d? construire quelque chose de nouveau".
La lumière verte de la montre active un gène
Le professeur de l'ETH et ses collaborateurs ont finalement développé un interrupteur moléculaire qui, une fois implanté, peut être activé par la lumière verte des smartwatches.
L'interrupteur est couplé à un réseau génétique que les chercheurs ont ajouté à des cellules humaines. Pour ce prototype, ils ont utilisé comme d'habitude des cellules HEK. Selon la configuration de ce réseau - c'est-à-dire les gènes dont il est doté - il peut par exemple produire de l'insuline dès que la lumière verte atteint les cellules. Si la lumière est éteinte, l'interrupteur est désactivé et le processus s'arrête.
Logiciel standard utilisé
Pour ce faire, les chercheurs ont utilisé le logiciel standard de la smartwatch et n'ont même pas eu besoin de développer leurs propres programmes. Lors de leurs expériences, ils ont pu allumer le feu vert en lan?ant l'"application de course". "De telles montres sont universellement utilisables pour actionner l'interrupteur moléculaire", explique Fussenegger. Les nouveaux modèles envoient la lumière de manière pulsée, ce qui est encore mieux pour maintenir le réseau génétique en marche.
L'interrupteur moléculaire est toutefois plus compliqué. Un complexe moléculaire a été intégré dans la membrane des cellules HEK, qui est couplé à une contrepartie correspondante, à la manière d'un attelage de wagon de chemin de fer. Dès que la lumière verte s'allume, la pièce qui dépasse à l'intérieur de la cellule se détache et est transportée dans le noyau cellulaire. Là, il active un gène qui produit de l'insuline. Dès que le feu vert s'éteint, la partie détachée se reconnecte à sa contrepartie ancrée dans la membrane.
Contr?ler un implant avec des wearables
Les chercheurs ont testé leur système aussi bien sur une couenne de porc que sur des souris vivantes, auxquelles ils ont implanté les cellules correspondantes et attaché une smartwatch comme un sac à dos. En lan?ant le programme de marche de la montre, les chercheurs ont allumé le feu vert et mis en marche la cascade.
"C'est la première fois que l'on peut contr?ler un tel implant avec des appareils électroniques intelligents disponibles dans le commerce et portés à la surface de la peau, appelés wearables", souligne le professeur de l'ETH. La plupart des montres disposent d'un feu vert, c'est pourquoi il est judicieux d'orienter une éventuelle future application dans ce sens. De cette manière, les utilisateurs n'auraient pas besoin d'acheter un appareil spécial.
Il faudrait toutefois au moins dix ans pour que cette technologie soit utilisée en clinique, estime Fussenegger. Les cellules utilisées dans ce prototype devraient être remplacées par les propres cellules de l'utilisateur ; le système doit également passer les phases cliniques avant d'être admis. Les obstacles à franchir sont importants : "Jusqu'à présent, il n'existe que très peu de thérapies cellulaires autorisées", souligne Fussenegger.
Référence bibliographique
Mansouri M, Hussherr M-D, Strittmatter T, Buchmann P, Xue S, Camenisch G, Fussenegger M : Smart-watch-programmed green-light-operated percutaneous control of therapeutic transgenes. Nature Communications, 2021, 7 juin ; doi : page externe10.1038/s41467-021-23572-4