Un nouveau “gym-on-a-chip” pour les vers pourrait conduire à de nouveaux traitements contre la maladie de Parkinson

Une équipe de biologistes et d’ingénieurs de CU Boulder a récemment dirigé une classe d’exercices pour les petits vers – et leurs découvertes pourraient un jour aider les médecins à traiter les humains atteints de la maladie de Parkinson et de maladies similaires.

L’étude plonge dans le monde incroyablement petit de Caenorhabditis elegans. Ces vers nématodes nageurs mesurent à peine 1 millimètre de long. Ils n’ont que 302 neurones, ou cellules du système nerveux, par rapport aux milliards dans un cerveau humain, a déclaré Ding Xue, co-auteur de la nouvelle recherche et professeur au Département de biologie moléculaire, cellulaire et développementale (MCDB). Mais les neurones qu’ils ont fonctionnent un peu comme les nôtres.

“C. elegans est probablement le plus petit animal qui possède toutes les voies cellulaires importantes que l’on trouve chez l’homme”, a déclaré Xue.

Dans leur dernière étude publiée dans la revue Avancées scientifiques, l’équipe a conçu une installation miniature appelée “Acoustic Gym”, qui fait environ la taille d’un quart. L’appareil utilise des ondes sonores pour générer de doux tourbillons à l’intérieur d’un réservoir de liquide, forçant C. elegans à nager à contre-courant.

“Auparavant, la seule façon d’étudier l’exercice chez C. elegans était essentiellement de les mettre dans un petit récipient et de les secouer ou de les laisser nager à leur guise”, a déclaré le co-auteur de l’étude Xiaoyun Ding, professeur adjoint au Paul M. Rady Département de Génie Mécanique. “Avec ce nouvel appareil, nous pouvons contrôler avec précision l’intensité et la durée de leur nage.”

Les chercheurs ont utilisé la salle de sport pour examiner l’effet de l’exercice sur un groupe de vers qui perdent des neurones au fil du temps selon un schéma similaire à celui des humains atteints de la maladie de Parkinson, une maladie neurologique dans laquelle les personnes éprouvent des tremblements et ont du mal à bouger, entre autres symptômes. Cette dégénérescence, cependant, semblait ralentir chez les vers qui nageaient juste le bon laps de temps.

“Trop ou trop peu d’exercice n’atteint pas l’effet bénéfique”, a déclaré Xue. “Il y a un endroit idéal.”

Faire du vélo

L’intérêt du biologiste pour le cerveau et l’exercice remonte à plusieurs années. Xue regardait les informations du soir lorsqu’il a vu l’histoire d’un homme atteint de la maladie de Parkinson dont les symptômes se sont améliorés lorsqu’il est allé faire une balade à vélo.

“Après une balade à vélo, ce patient est soudainement devenu beaucoup plus stable et il était capable de mieux tenir les objets”, a déclaré Xue. “Je me suis dit : ‘Peut-être qu’on pourrait faire quelque chose avec ça.'”

Cependant, étudier l’exercice chez de vrais patients humains n’est pas toujours facile. De nombreuses personnes atteintes de la maladie de Parkinson, par exemple, sont plus âgées ou n’ont pas assez d’équilibre pour faire de l’exercice régulièrement.

Le chercheur, qui a étudié les fondements cellulaires d’une grande variété de maladies, a décidé de se tourner vers son vieil ami C. elegans.

Gym sur puce

Xue et son équipe ont uni leurs forces avec le laboratoire de Ding pour créer l’équipement d’exercice parfait pour les très petits accros de la gym. Le gym-on-a-chip des chercheurs comprend un puits qu’ils peuvent remplir de liquide et est de taille parfaite pour C. elegans. Joyita Bhadra, chercheuse postdoctorale au MCDB, et Nakul Sridhar, étudiant diplômé en génie mécanique, sont co-auteurs principaux de la nouvelle étude.

“Le puits est environ 10 fois plus grand que C. elegans”, a déclaré Ding. “C’est l’équivalent de la taille d’une piscine pour les humains.”

Dans l’étude, les chercheurs ont laissé tomber des vers dans ces puits, puis ont créé des ondes lentes qui se déplaçaient en cercle. Les exercices de natation n’ont fait aucun mal aux vers, rapporte l’équipe.

Les chercheurs se sont concentrés sur deux groupes de vers C. elegans que les scientifiques avaient génétiquement modifiés pour imiter les maladies neurologiques humaines. L’un de ces mutants, par exemple, possède huit neurones “dopaminergiques” (cellules qui produisent la dopamine, une molécule importante dans le corps et le cerveau), qui se dégradent et même meurent au cours de la vie de l’animal. La maladie de Parkinson affecte le même type de cellules dans le cerveau humain.

L’exercice, cependant, pourrait ralentir cette perte.

Après quelques essais et erreurs, le groupe a découvert que nager pendant seulement 5 minutes une fois par jour pendant deux jours réduisait la dégradation des neurones chez C. elegans de 28 % en moyenne.

“S’ils nagent que 2 minutes, ça ne marche pas”, a déclaré Xue. “Si vous les forcez à nager pendant 10 minutes, ça ne marche pas.”

Xue ne sait pas pourquoi l’exercice semble aider les vers. Cela peut se résumer aux sous-produits chimiques que les animaux fabriquent lorsqu’ils fléchissent leurs muscles. Pour l’instant, les chercheurs veulent utiliser leur gym sur puce pour commencer à chercher de nouveaux médicaments qui pourraient traiter les symptômes de la maladie de Parkinson, c’est-à-dire tous les avantages de l’exercice, sans l’exercice.

“Pour la première fois, nous avons une plate-forme pour commencer le dépistage de médicaments qui pourraient, par exemple, remplacer les effets bénéfiques de l’exercice”, a déclaré Xue. “Cela pourrait être vraiment bon pour les personnes âgées ou d’autres personnes qui ne sont pas en mesure de faire de l’exercice.”