La musique peut déclencher la libération d’insuline par les cellules en quelques minutes

Le diabète est une maladie dans laquelle le corps produit trop peu ou pas d’insuline. Les diabétiques dépendent donc d’un apport externe de cette hormone par injection ou par pompe. Les chercheurs dirigés par Martin Fussenegger du Département de science et d’ingénierie des biosystèmes de l’ETH Zurich à Bâle veulent faciliter la vie de ces personnes et recherchent des solutions pour produire et administrer de l’insuline directement dans l’organisme.

L’une des solutions recherchées par les scientifiques consiste à enfermer des cellules de synthèse productrices d’insuline dans des capsules pouvant être implantées dans le corps. Pour pouvoir contrôler de l’extérieur quand et quelle quantité d’insuline les cellules libèrent dans le sang, les chercheurs ont étudié et appliqué différents déclencheurs ces dernières années : la lumière, la température et les champs électriques.

Fussenegger et ses collègues ont développé une autre méthode de stimulation nouvelle : ils utilisent la musique pour déclencher la libération d’insuline par les cellules en quelques minutes. Cela fonctionne particulièrement bien avec « We Will Rock You », un succès mondial du groupe de rock britannique Queen.

Équiper les cellules pour recevoir des ondes sonores

Pour rendre les cellules productrices d’insuline réceptives aux ondes sonores, les chercheurs ont utilisé une protéine de la bactérie. E. coli. Ces protéines répondent à des stimuli mécaniques et sont courantes chez les animaux et les bactéries. La protéine est située dans la membrane de la bactérie et régule l’afflux d’ions calcium à l’intérieur de la cellule. Les chercheurs ont incorporé le modèle de ce canal ionique bactérien dans les cellules productrices d’insuline humaine. Cela permet à ces cellules de créer elles-mêmes le canal ionique et de l’intégrer dans leur membrane.

Comme les scientifiques ont pu le montrer, le canal de ces cellules s’ouvre en réponse au son, permettant ainsi aux ions calcium chargés positivement de circuler dans la cellule. Cela conduit à une inversion de charge dans la membrane cellulaire, ce qui entraîne la fusion des minuscules vésicules remplies d’insuline à l’intérieur de la cellule avec la membrane cellulaire et la libération de l’insuline vers l’extérieur.

Les basses puissantes stimulent la sécrétion d’insuline

Dans les cultures cellulaires, les chercheurs ont d’abord déterminé quelles fréquences et quels niveaux de volume activaient le plus fortement les canaux ioniques. Ils ont constaté que des niveaux de volume autour de 60 décibels (dB) et des fréquences basses de 50 hertz étaient les plus efficaces pour déclencher les canaux ioniques. Pour déclencher une libération maximale d’insuline, le son ou la musique devait continuer pendant au moins trois secondes et s’arrêter pendant au maximum cinq secondes. Si les intervalles étaient trop espacés, beaucoup moins d’insuline était libérée.

Enfin, les chercheurs ont examiné quels genres musicaux provoquaient la réponse insulinique la plus forte à un volume de 85 dB. La musique rock avec des basses puissantes comme la chanson “We Will Rock You”, de Queen, est arrivée en tête, suivie par la bande originale du film d’action. Les Vengeurs. En comparaison, la réponse insulinique à la musique classique et à la guitare était plutôt faible.

« We Will Rock You » a déclenché environ 70 % de la réponse insulinique en 5 minutes, et la totalité en 15 minutes. Ceci est comparable à la réponse insulinique naturelle induite par le glucose chez des individus en bonne santé, explique Fussenegger.

La source sonore doit être directement au-dessus de l’implant

Pour tester le système dans son ensemble, les chercheurs ont implanté les cellules productrices d’insuline chez des souris et ont placé les animaux de manière à ce que leur ventre soit directement sur le haut-parleur. C’était la seule façon pour les chercheurs d’observer une réponse insulinique. Cependant, si les animaux pouvaient se déplacer librement dans une « discothèque de souris », la musique ne parvenait pas à déclencher la libération d’insuline.

“Nos cellules de conception libèrent de l’insuline uniquement lorsque la source sonore avec le bon son est jouée directement sur la peau au-dessus de l’implant”, explique Fussenegger. La libération de l’hormone n’a pas été déclenchée par des bruits ambiants tels que le bruit des avions, des tondeuses à gazon, des sirènes des pompiers ou des conversations.

Pas de déclenchement dû au bruit ambiant

D’après ses tests sur des cultures cellulaires et sur des souris, Fussenegger voit peu de risque que les cellules implantées chez l’homme libèrent de l’insuline en permanence et au moindre bruit.

Un autre tampon de sécurité est que les dépôts d’insuline ont besoin de quatre heures pour se reconstituer complètement une fois épuisés. Ainsi, même si les cellules étaient exposées au bruit toutes les heures, elles ne seraient pas en mesure de libérer une pleine charge d’insuline à chaque fois et provoqueraient ainsi une hypoglycémie potentiellement mortelle. “Cela pourrait toutefois couvrir les besoins typiques d’un patient diabétique qui prend trois repas par jour”, explique Fussenegger. Il explique que l’insuline reste longtemps dans les vésicules, même si une personne ne mange pas pendant plus de quatre heures. “Il n’y a pas d’épuisement ou de décharge involontaire.”

Mais l’application clinique est encore loin. Les chercheurs ont simplement apporté une preuve de concept montrant que les réseaux génétiques peuvent être contrôlés par des stimuli mécaniques tels que les ondes sonores. La mise en pratique de ce principe dépendra de l’intérêt ou non de l’entreprise pharmaceutique. Après tout, cela pourrait être appliqué largement : le système fonctionne non seulement avec l’insuline, mais avec toute protéine se prêtant à un usage thérapeutique.