Santé & Sciences de la vie

Image5257Sommeil, humeur, mémoire, capacités d’apprentissage, immunité… la liste des effets biologiques de la lumière ne cesse de s’allonger. Cette lumière, visible, pénètre dans notre organisme via les cellules de l’œil qui, reliées au cerveau, envoient une information « jour » ou « nuit » à notre horloge biologique interne, une petite zone cérébrale située près de l’hypothalamus. Ainsi calée sur un cycle de 24 heures, l’horloge biologique donne le tempo à notre corps en lui envoyant différents signaux. Par exemple le jour, l’horloge biologique entraîne la sécrétion d’hormones impliquées dans l’activité physique et cérébrale ; tandis que lorsque les yeux perçoivent l’obscurité, le cerveau se met à fabriquer des hormones nocturnes, telle la mélatonine, qui favorise le sommeil.
    
    Ainsi, cette lumière visible qui régule notre activité, est depuis de très nombreuses années au service des scientifiques dans le domaine de la recherche biomédicale. En effet, peu à peu, les scientifiques ont appris à se servir de la lumière visible comme d’un outil leur permettant d’approfondir leurs recherches notamment à l’aide de la microscopie photonique.
    Depuis l’invention du premier microscope optique en 1690, la microscopie photonique ne cesse de se développer. Les progrès les plus importants au cours du XXe siècle ont rendu possible l’examen d’objets parfaitement transparents se différenciant de leur milieu que par de très petites variations d’épaisseur ou d’indice de réfraction. Cette technologie a permis l’essor de l’analyse à l’échelle cellulaire dans leur environnement (culture cellulaire). La microscopie de fluorescence développée depuis les années 1960 permet aujourd’hui l’observation à l’échelle protéique afin de permettre l’étude du devenir de protéines d’intérêt via, par exemple, l’utilisation de protéines de fusion telles que la Green Fluorescent Protein (GFP) et toutes ses dévirées dans le cadre de la compréhension du vivant. En 2008, deux américains, Roger Tsien et Martin Chalfie, et un japonais, Osamu Shimomura, ont été récompensés par le Prix Nobel de chimie pour la découverte de la protéine fluorescente GFP et la mise au point de son utilisation comme marqueur fluorescent, ce qui a permis de faire progresser à pas de géant notre connaissance du vivant. La microscopie en tant qu’instrument scientifique ne cesse d’évoluer. Le prix Nobel de chimie 2014 a été attribué aux américains Eric Betzig et William Moerner et à l’allemand Stefan Hell pour la mise au point des techniques de « microscopie de fluorescence à très haute résolution » (nanoscopie ou microscopie de super résolution) qui permettent de suivre les interactions entre molécules individuelles au sein des cellules vivantes. Ces inventions, qui donnent accès à l’observation d’agrégats de protéines ou de divisions cellulaires au niveau nanométrique, sont utiles dans la compréhension de maladies comme Parkinson, Alzheimer et Huntington, ou de processus plus fondamentaux. Chacun des lauréats précités a, à sa façon, battu une limite théorique réputée infranchissable en microscopie optique. A cause des phénomènes de diffraction, il n’est en effet pas possible de voir des détails plus petits que la longueur d’onde utilisée. Par différentes astuces expérimentales, ces chercheurs ont indépendamment montré qu’il était possible d’obtenir des images d’objets plus petits que les 0,2 micromètres théoriquement accessibles, comme des protéines ou des virus. Ainsi par exemple, dans le cadre de la thérapie génique, le suivi de vecteurs fluorescents (virus modifiés), de leur entrée dans la cellule malade et leur parcours intracytoplasmique jusqu’au noyau pour délivrer le gène médicament, est aujourd’hui possible grâce aux techniques de nanoscopie. Cette nouvelle technologie va permettre aux scientifiques d’affiner la compréhension de chacune des étapes clés de la thérapie génique afin d’optimiser l’efficacité du transfert de gène thérapeutique.

L’optogénétique qui est une technique utilisant la lumière visible développée depuis une dizaine d’année révolutionne le domaine des neurosciences en « contrôlant le cerveau avec la lumière ». Associant l’optique à la génétique, cette technique se développe et devient un nouveau domaine de recherche et d’application en recherche biomédicale car elle permet de rendre des neurones (exprimant la protéine channelrhodospine) sensibles à la lumière bleue en combinant le génie génétique et l’optique.
Par exemple, les neurones dopaminergiques qui utilisent l’hormone dopamine sont comparativement aux autres types de neurones très peu nombreux (de l’ordre de seulement 400 000 dans le cerveau humain). Ils jouent pourtant un rôle essentiel au point que leur dysfonctionnement est considéré comme l’une des causes de la maladie de Parkinson. L’optogénétique va permettre de stimuler spécifiquement de manière rapide et ciblée ce type cellulaire en laissant les cellules voisines intactes dans le but de pouvoir cartographier l’ensemble des réseaux neuronaux encore mal connus et de comprendre l’impact de leur activation sur le comportement de l’animal génétiquement modifié car le cerveau est un organe délicat à étudier.
Autre exemple, l’amnésie, qu'elle soit due à un traumatisme crânien, un stress post-traumatique ou une maladie neurologique comme Alzheimer, les causes d'une amnésie implique des mécanismes encore largement débattus chez les neuroscientifiques. Afin de comprendre pourquoi et comment perd-on la mémoire, des chercheurs ont utilisé l’optogénétique chez des rongeurs et sont parvenus à réactiver la mémoire perdue grâce à la lumière. En effet, les chercheurs ont émis l’hypothèse de l'existence d'un réseau de neurones qui, activés pendant la formation d'un souvenir, entraînent des changements physiques ou chimiques appelés engrammes ou « consolidation de la mémoire ». Par la suite, si ces groupes de neurones sont ensuite réactivés par une image, une odeur ou une saveur, toute la mémoire enregistrée devrait revenir. Ainsi, cette expérience réussie apporte un nouvel éclairage sur le mécanisme biologique de l'amnésie et ouvre potentiellement la voie à des traitements.
A ce jour, plus de 1 000 laboratoires de recherche utilisent l’optogénétique mise au point par Karl Deisseroth et son équipe. Certains leur prédisent déjà le prix Nobel pour l’avancée dans la compréhension du fonctionnement du cerveau afin d’imaginer de nouveaux traitements contre des maladies neurologiques.


A travers ces différents exemples, nous remarquons bien que la Lumière est un formidable instrument d’aide à la compréhension de nombreuses pathologies humaines.

Le Comité National « Lumière & Société » a pour missions d’initier, promouvoir et accompagner des actions permettant l’accès des jeunes à la connaissance de la lumière dans tous ses états : ses principes, ses technologies et ses usages. La commission « Lumière & Santé », quant à elle, a pour objectif d’identifier, de recenser et de promouvoir les événements, les développements et les technologies qui concernent le domaine « Lumière & Santé ».  Ainsi, La Commission « Lumière & Santé », labellisera chaque mois les événements autour de sa thématique qui seront proposés via le site web. Le Comité national « Lumière & Société » ayant une mission pédagogique, les membres de la commission auront une attention particulière à la conception et à la réalisation d’initiatives dans ce domaine auprès du plus grand nombre : public avisé ou novice et particulièrement les jeunes afin de pouvoir les éduquer peu à peu aux enjeux de la lumière dans le domaine de la santé humaine.
Les membres de la commission Lumière & Santé pourront également être sollicités par les structures adhérentes au Comité National « Lumière & Société », ou qui pourraient le devenir, pour l’organisation de conférences, colloques, débats, tables-rondes, témoignages…

Membres de la commission Santé

  • Julien Picot, Président de la Commission "Santé & Sciences de la vie"
  • Corinne Laplace-Builhe
  • Jean Salamero