Étant donné qu’il existe actuellement 415 millions d’adultes dans le monde avec du diabète, il n’est pas surprenant qu’il y ait un marché de plusieurs milliards de dollars pour les appareils diabétiques. Bien que la technologie ait facilité la gestion de la maladie, elle consiste encore à prendre des échantillons de sang pour déterminer si une injection d’insuline est nécessaire, ce qui est lourd en termes de complications, car les niveaux de glucose peuvent fluctuer en raison de diverses raisons. Mais que penser s’il y avait un moyen de déclencher le corps pour produire de l’insuline à la demande? C’est exactement ce qu’une équipe de scientifiques chinoise a fait en créant un système qui utilise un smartphone pour diriger des cellules conçues pour produire de l’insuline si nécessaire.
Dirigée par Haifeng Ye de la East China Normal University, la solution s’inspire des systèmes intelligents de la maison et se marie à la technologie des télécommunications avec deux domaines émergents de la médecine: la thérapie cellulaire et l’optogenèse, une technique qui utilise la lumière pour réguler l’activité cellulaire et celle qui a été utilisée dans une variété d’expériences nouvelles pour restaurer les rythmes cardiaques, inverser la cécité et activer les instincts prédateurs chez la souris.
Dans ce cas, l’opto-génétique joue un rôle clé en permettant aux cellules de traiter les signaux des smartphones. Non seulement la lumière peut être générée par des commandes électroniques, mais aussi déclencher des processus biologiques, tels que les rythmes circadiens et, dans ce cas, l’expression des gènes. En tenant compte de ce principe, l’équipe a personnalisé des cellules avec une protéine sensible à la lumière qui peut créer de l’insuline lorsqu’elle est éclairée par des DEL à rouge lointain grande distance (FRL : far-red LEDs, début de l’infrarouge) sans fil. Les lumières et les cellules ont ensuite été intégrées dans une gaine souple biocompatible, qui a été implantée sous la peau de souris diabétiques.
L’implant avec la lumière lointain et les cellules d’ingénierie avant d’être implanté sous la peau d’une souris diabétique (Credit: Shanghai Key Laboratory of Regulatory Biology)
En plus de ces cellules modifiées, le système comprend également trois autres composants: une application pour smartphone basée sur Android qui contrôle les lumières à distance, une boîte de commande contenant un circuit électromagnétique qui active les lumières, et un lecteur de glycémie compatible Bluetooth qui envoie des valeurs glycémiques à l’application smartphone pour analyse.
Il en résulte un système en boucle fermée dans lequel le lecteur de glycémie est programmé pour effectuer automatiquement des tests de glycémie sur une base périodique. Les données sont ensuite envoyées à l’application, qui l’analyse pour déterminer la quantité d’insuline nécessaire avant d’envoyer un signal vers la boîte de contrôle pour activer les voyants DEL afin que les cellules puissent commencer la production.
Selon l’article, les souris diabétiques ont été exposées à quatre heures de lumière chaque jour et la FRL a pu maintenir un niveau durable de production d’insuline pendant 15 jours. Dans les deux heures suivant l’irradiation, elles ont pu atteindre des niveaux de glycémie non diabétiques sans effets secondaires hypoglycémiants.
Pour Haifeng Ye, qui a travaillé sur l’idée d’ingénierie pour « un circuit intelligent de capteur d’insuline qui peut détecter, surveiller et profiler des niveaux d’insuline dans la circulation sanguine » depuis son séjour en doctorat à l’ETH Zurich, cette étude s’appuie sur son travail précédent, qui l’a vu utiliser la lumière bleue pour contrôler les niveaux de glucose chez la souris.
Cependant, comme l’exposition continue à la lumière bleue peut être toxique pour les cellules de mammifères, la décision a été prise de développer un système « plus robuste » utilisant des FRL, qui sont couramment utilisées dans les lampes infrarouges de physiothérapie, et une approche multidisciplinaire impliquant l’électrotechnique, les logiciels, l’ingénierie, l’opto-génétique et la biologie synthétique. Alors que le diabète était l’objet de cette étude, le système peut également être adapté pour traiter d’autres maladies métaboliques.
Cela dit, bien que cette étude puisse être considérée comme une preuve de concept réussie, les auteurs reconnaissent également que beaucoup de travail doit être fait avant que la technique ne puisse être testée chez l’homme. L’un des défis est que le système exige encore que le sang soit extrait manuellement pour déclencher la réponse thérapeutique. Le dispositif actuel nécessite également que les souris soient proches du circuit d’émission électromagnétique, ce qui limite leur mobilité et les expose aux rayonnements électromagnétiques. Enfin, afin que ce système puisse passer du laboratoire à la clinique, il devra être validé dans des cellules dérivées des mêmes patients en cours de traitement et intégrées aux circuits génétiques opto-génétiques.
Selon les chercheurs, une façon possible de contourner ces limites est de remplacer le glucomètre par un moniteur de glucose continu qui serait implanté dans le corps afin qu’il puisse surveiller les taux de glycémie en permanence. Et au lieu de la bobine électromagnétique, les lumières DEL peuvent être alimentées par des batteries approuvées cliniquement pour permettre aux patients de se déplacer librement et éviter d’être exposées aux rayonnements électromagnétiques. En ce qui concerne le test de la technique à l’aide de cellules autologues dérivées du patient, des plans sont en cours pour le tester dans les hôpitaux à l’avenir.
https://eurekalert.org/pub_releases/2017-04/aaft-sch042417.php
http://stm.sciencemag.org/content/9/387/eaal2298
