APPLICATIONS | IMAGERIE NEURONALE

PLATE-FORME D’IMAGERIE ET DE BIOSIMULATION POUR DE NOUVEAUX MÉDICAMENTS POUR LE SYSTÈME NERVEUX CENTRAL

Cette plate-forme constitua un projet 3 ans visant le développement et la validation de deux plates-formes synergiques offrant un service unique basé sur l’imagerie et la biosimulation. Ce projet a pour but d’augmenter la découverte et d’améliorer le développement de médicaments grâce à une meilleure compréhension du système nerveux central et un suivi des actions de ces médicaments potentiels aux niveaux subcellulaires et moléculaires.

Le projet est une collaboration internationale France-Québec financée par le consortium québécois sur la découverte du médicament (CQDM), Alsace Biovalley et OSÉO. Ce projet vise à mettre au point de nouvelles technologies et processus qui auront le pouvoir de faciliter la découverte ou le développement de nouveaux médicaments.

Rhenovia Pharma réalisa la partie du projet portant sur la biosimulation de la distribution de médicaments dans le système nerveux central. La plate-forme d’imagerie de fluorescence cellulaire multiplex fut développée par Photon etc. avec la collaboration du professeur Paul De Koninck du Centre de neurophotonique de l’Université Laval à Québec.

PROJET

Contexte : Les mécanismes fondamentaux à la base des maladies du système nerveux central restent mal définis. Ceci est en partie dû à un manque de méthodes appropriées pour étudier les processus moléculaires complexes à une petite échelle (c.-à-d. la synapse). Cette limitation explique en partie la faible efficacité relative des traitements existants et notre incapacité à découvrir des traitements innovants pour les maladies du système nerveux central au cours de la dernière décennie. Ainsi, il y a un besoin éminent pour de nouveaux outils capable d’évaluer la dynamique des protéines le long de la membrane neuronale, suite à différentes stimulations ou traitements médicamenteux.

Objectifs : Le projet porte sur le développement d’une découverte de médicaments pour les maladies du système nerveux central et d’une plate-forme basée sur : (1) un système d’imagerie cellulaire et subcellulaire capable d’imager simultanément plusieurs marqueurs ; (2) la conception de sondes pour de l’étiquetage multiple de récepteurs dans les neurones ; (3) des outils d’analyse d’imagerie logiciels pour visualiser les marqueurs ; et (4) une plate-forme de biosimulation qui implémente et intègre des interactions spécifiques protéine-protéine, des cascades de signalisation, et le mouvement du récepteur le long de la membrane post-synaptique.

Résultats préliminaires:

1. Plate-forme de biosimulation (Rhenovia) :

Les synapses sont des structures du système nerveux qui permettent aux neurones de passer des signaux électriques ou chimiques aux autres neurones et se composent de trois éléments:

la terminaison présynaptique, qui libère des neurotransmetteurs suite à un potentiel d'action dans les neurones d'entrée;
la fente synaptique dans lequel le neurotransmetteur est libéré;
l'élément postsynaptique appartenant au neurone cible. Le neurotransmetteur active les récepteurs qui transforment le signal chimique en signaux électriques et biochimiques par l'activation de canaux ioniques et de voies de messagerie intracellulaires secondaires.

Les propriétés individuelles des récepteurs de neurotransmetteurs tels l'affinité pour leur ligand et les caractéristiques cinétiques (activation, désactivation, désensibilisation) influencent fortement leur profil d'activation. En plus de ces spécificités intrinsèques, l'emplacement dans la synapse, soit près (synaptique) ou loin (extra synaptique) du site de libération influencera également la réponse.

L'étape préliminaire était d'étudier la dynamique protéine-protéine et les interactions des récepteurs du glutamate AMPA, NMDA et des récepteurs de glutamate metaboprobic (mGluR) et leurs sous-type de récepteurs (NR1 / NR2A et NR1 / NR2B NMDAR, GluA1 et GluA2 AMPAR, mGluR5) ainsi que les protéines intracellulaire d'intérêt en ce qui concerne la voie de signalisation (Stargazin, CaMKII).

Une revue de la littérature a permis de déterminer si ces récepteurs migraient dans des conditions particulières pathologiques ou comme un effet de traitement de la toxicomanie. Les récepteurs modèles NR1/NR2B ont été développés, comparé à la littérature, validé et mis en place dans la synapse glutamatergique suivant des caractéristiques spécifiques.

Les objectifs pour le futur comprennent la définition des récepteurs d'intérêts restants du glutamate. L'environnement informatique sera déterminée par les caractéristiques observées par les caméras construites par Photon etc., et l'objectif du projet s'étendra aux branches dendritiques sur lesquelles 10 à 15 synapses excitateurs seront branchés.

2. Étiquetage multiple de récepteurs dans les neurones (Laboratoire de Paul De Koninck)

Un étiquetage spécifique des deux types de récepteurs synaptiques, AMPA et NMDA, avec différentes combinaisons de points quantiques d'anticorps et d'étiquetage des sites post-synaptiques sur les neurones vivants a été réalisé (voir figure 2).

3. Plate-forme d'imagerie cellulaire multiplex

Pendant des années, l'imagerie cellulaires et l'imagerie des tissus ont été limités par le nombre de marqueurs que l'on pouvait utiliser pour imager et étudier de nombreux types de tissus ou d'espèces moléculaires simultanément. La technologie de Photon etc. peut éliminer ces limites de deux façons. Tout d'abord, en utilisant de nouveaux marqueurs à bande étroite tels les points quantiques, les nanosphères SERS, ou d'autres marqueurs Raman, l'imageur spectral permet d'accomplir des dizaines de multiplexage de marqueurs, et donc d'observer des dizaines de signaux simultanément. Cela peut conduire à des études in vitro beaucoup plus poussée lorsque l'on étudie l'effet de nouveaux médicaments sur des cascades de signalisation cellulaires.

La conception du prototype avec des capacités d'imagerie cellulaire en fluorescence est maintenant terminé et est en cours de fabrication. Le système se compose de l' imageur hyperspectral de Photon etc. couplé à un microscope Olympus IX-73 et la caméra HNU 512 EMCCD de Nüvü Caméras. Le filtre est conçu pour l'acquisition rapide de données hyperspectrale dans la gamme de longueurs d'onde allant de 500 à 900 nm avec une largeur de bande de 2 nm. L'éclairage est accomplie par une lampe au xénon de 300 W (Sutter Instruments) combinée avec des filtres optiques (Semrock). Le microscope est équipé d'une mise au point motorisée et d'une tourelle de miroir qui permet la sélection automatique de la longueur d'onde.

Le système devrait permettre l'acquisition d'images en fluorescence résolue spectralement en quelques secondes.

Nos partenaires financiers

CQDM

Le Consortium québécois sur la découverte du médicament (CQDM) est un lieu de rencontre pour tous les acteurs de la recherche biopharmaceutique et dont la mission principale est de financer des projets de recherche réalisés en partenariat entre les milieux universitaire et hospitalier dans le secteur public et les industries pharmaceutiques et de biotechnologie dans le secteur privé.

Alsace-BioValley

Le groupe Alsace BioValley unit l'ensemble des acteurs de la d'Alsace santé et des sciences de la vie dans les secteurs privés et publics. Alsace BioValley accompagne les entreprises et les laboratoires dans le secteur des sciences de la santé / de la vie qui cherchent à créer, développer ou s'installer dans la région Alsace.

OSÉO

OSÉO, est une institution du secteur public voué au développement économique — et une source importante de financement et d'autre soutien pour les PMEs. Sa mission est de soutenir l'innovation et la croissance des PMEs à des phases décisives dans leur développement: démarrage, innovation, croissance et transfert d'entreprises par le biais de rachats ou d'autres structures. « En partageant les risques, nous facilitons l'accès au financement bancaire et privés des PMEs. » OSÉO propose aux institutions et aux banques impliquées dans les services de financement à la fois des services conseils et un soutien technique s'appuyant sur sa longue et riche expérience dans le domaine.

Nos partenaires stratégiques

Rhenovia Pharma (Mulhouse, France)

Rôle dans ce projet: développement de la plate-forme de biosimulation pour modéliser les effets sur les fonctions neuronales, dans des conditions normales et pathologiques, de la dynamique des protéines et des interactions protéine-protéine. L'utilisation de biosimulation permettra de réduire à la fois le nombre d'expériences en laboratoire et le coût du processus de R&D menant au développement de nouveaux médicaments pour le système nerveux central.

Professor Paul De Koninck (Quebec, Quebec)

Affiliations: Centre de recherche de l’Institut universitaire en santé mentale de Québec, Centre de neurophotonique, Université Laval.

Rôle dans ce projet: Développer différentes approches d'étiquetage spécifique pour de multiples espèces de protéines sur les neurones et utiliser le système d'imagerie hyperspectrale de Photon etc. pour valider les résultats de biosimulation obtenus par Rhenovia.

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IMA™

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