"Cela ressemble à de la science-fiction, mais notre plateforme tente d'en faire une réalité ", explique le Dr Yves De Koninck, chercheur principal de la Canadian Optogenetics and Vectorology Foundry, une plateforme soutenue par Brain Canada, et professeur à l'Université Laval. "C'est l'approche ultime de la neurostimulation.
Ce domaine de recherche, appelé optogénétique, combine le génie génétique et la technologie optique. Il génère des protéines sensibles à la lumière, les introduit dans les cellules par l'intermédiaire de vecteurs viraux (virus désactivés spécialement conçus pour introduire dans les cellules le matériel génétique codant pour ces protéines) et utilise des capteurs personnalisés pour contrôler et surveiller ce qui se passe dans ces cellules en temps réel. La prochaine étape de cette recherche révolutionnaire consiste à mettre au point des protéines sensibles au son qui fonctionneraient de la même manière.
Les promesses de l'optogénétique
Ce domaine progresse rapidement et, selon la co-chercheuse principale, le Dr Marie-Eve Paquet, de l'Université Laval, il apportera certains de ces avantages thérapeutiques au cours de la prochaine décennie.
"Les outils optogénétiques sont déjà utilisés pour traiter certaines maladies oculaires", explique-t-elle. Les traitements optogénétiques pour le soulagement de la douleur ont été couronnés de succès lors d'études sur des souris. Il reste de nombreux défis techniques à relever, notamment la mise à l'échelle et les tests sur des primates non humains.
"La capacité de notre plateforme à maintenir des normes élevées et à soutenir la R&D pour relever ces défis est rendue possible grâce au financement soutenu fourni par Brain Canada".
L'équipe financée par Brain Canada, à l'avant-garde de ce domaine, comprend 14 chercheurs de six universités à travers le pays, réunissant l'expertise en ingénierie des protéines, en imagerie, en modèles animaux, en pratique clinique et en neuroendocrinologie. La plateforme de la Fonderie canadienne d'optogénétique et de vectorologie, qui en est à sa deuxième itération, vise à jeter les bases d'applications thérapeutiques.
"Nous sommes parmi les seules équipes qui comblent le fossé entre la production universitaire de vecteurs viraux et le milieu clinique", explique le Dr Paquet. "Notre modèle de personnalisation et de distribution rapides des outils permet aux chercheurs du monde entier d'accéder rapidement aux nouvelles innovations et de les tester."
Quel est l'impact ?
Les vecteurs viraux que la Dre Paquet et son équipe mettent au point sont très demandés pour faire progresser l'optogénétique ; au cours des trois dernières années, ils ont expédié plus de 1 300 de ces produits à plus de 250 laboratoires de recherche au Canada et dans le monde entier. Avec un cycle de conception-construction-essai-apprentissage au cœur de la plateforme, l'équipe a mené d'importants travaux de recherche et de développement pour faire progresser la technologie. Ensemble, ils ont produit plus de 120 publications scientifiques depuis 2021. Les chercheurs qui appliquent les produits et services de la plateforme ont généré plus de 100 autres publications, accélérant notre compréhension dans un large éventail de sujets de recherche sur le cerveau, notamment la perte de sommeil, la locomotion, les troubles de l'alimentation et l'exposition à la chaleur.
Au Centre for Brain Health de l'UBC, nous bénéficions grandement des vecteurs personnalisés développés par la plateforme Foundry. Nous avons reçu plus de 50 vecteurs au cours des huit dernières années, répartis entre plusieurs équipes de recherche, que nous avons utilisés pour découvrir les changements synaptiques et de réseau sous-jacents aux troubles cérébraux tels que les accidents vasculaires cérébraux, la maladie de Huntington et la maladie d'Alzheimer. Ces vecteurs sont des atouts uniques qui nous permettent de travailler à la frontière des neurosciences, qui évoluent très rapidement.
Ce qui rend ces vecteurs viraux particulièrement attrayants pour les groupes de recherche, c'est le fait qu'ils sont produits rapidement à petite échelle et qu'ils sont adaptés aux besoins des chercheurs. Les groupes de recherche comprennent des partenaires industriels axés sur l'innovation, dont les activités sont rendues possibles par la plateforme.
À ce jour, l'équipe s'est associée à six de ces entreprises, dont IVANO Biosciences, qui utilise les vecteurs pour évaluer l'efficacité des vaccins. Un autre partenaire, Cerebro Therapeutics, utilise les vecteurs pour prévenir l'agrégation de l'alpha-synucléine, la protéine qui se replie mal et s'accumule dans le cerveau des personnes atteintes de la maladie de Parkinson, et pour stopper la progression de la maladie.
En ce qui concerne le matériel de la plateforme, qui va de pair avec les vecteurs viraux, l'équipe a déposé huit brevets pour divers dispositifs et méthodes de recherche mis au point et a obtenu quatre licences depuis 2014. Une série d'entreprises dérivées en sont issues, dont Bliq Photonics, créée par deux anciens étudiants diplômés soutenus par la plateforme.
Bliq Photonics, une entreprise basée à Québec qui emploie 18 personnes, développe des microscopes sur mesure et d'autres équipements qui complètent les besoins de la plateforme. Le partenariat permet aux chercheurs de la plateforme d'accéder à une expertise en ingénierie spécialisée et à du matériel conçu pour des applications telles que le contrôle optogénétique, la détection en temps réel et l'imagerie à haute résolution en neurosciences.
Les plateformes financées par Brain Canada - un pilier de la science ouverte
Comme le fait remarquer le Dr De Koninck, l'équipe trouve un équilibre important entre la commercialisation et la science ouverte.
"Nous avons protégé bon nombre de nos découvertes sur le plan matériel, mais nous avons voulu démocratiser l'accès aux nouveaux outils génétiques mis au point par la plateforme ", explique le Dr De Koninck. "Nous voulons nous assurer que nous accélérons le transfert de ces travaux et que nous évitons les obstacles sur la voie des applications cliniques."
Par exemple, ils perçoivent des droits pour les vecteurs, mais dans un souci d'accessibilité et pour donner aux chercheurs canadiens un avantage concurrentiel, ils ont offert des réductions aux chercheurs en début de carrière et aux laboratoires canadiens. Ces réductions sont rendues possibles grâce au soutien de la plateforme, ainsi qu'à plus de 20 subventions et plus de 45 millions de dollars que l'équipe a obtenus pour tirer parti de ce soutien.
"Le rôle de Brain Canada a été exemplaire sur ce front - si nous voulons faire progresser la science ouverte, les plateformes en sont le pilier", explique le Dr De Koninck. "Le financement de Brain Canada a permis à cette plateforme de fonctionner à une échelle, avec une flexibilité et une qualité qui stimulent l'innovation et font progresser la recherche de manière transformatrice. C'est un modèle que d'autres pays tentent d'imiter.
"Ce type de financement dédié à une plateforme est très rare dans la communauté scientifique", ajoute le Dr Paquet. "Il a eu un impact considérable.
Liens
Stuart Jantzen, "Recording the Illuminated Neuron" animation (en anglais)
Les chercheurs principaux, les docteurs Yves De Koninck et Marie-Eve Paquet, ainsi que les cochercheurs, les docteurs Paul De Koninck, Robert Campbell, Keith Murai, Ed Ruthazer, Stuart Trenholm, Reza Sharif-Naeini, Thomas Durcan, Tomoko Ohyama, Edward Fon, Jean-Claude Béique, Stephanie Borgland et Lynn Raymond, ont reçu une subvention de soutien à la plate-forme (PSG) d'un montant de 4.3 millions de dollars de Brain Canada en 2019 pour faire progresser la Fondation canadienne d'optogénétique et de vectorologie. Cette subvention s'appuie sur une itération précédente de la plateforme, également soutenue par le programme PSG depuis 2014. La subvention PSG 2019 a été rendue possible grâce au soutien financier de Santé Canada, par l'entremise du Fonds de recherche sur le cerveau du Canada, un partenariat novateur entre le gouvernement du Canada (par l'entremise de Santé Canada) et Brain Canada, et le Centre Djavad Mowafaghian pour la santé du cerveau, le CERVO de l'Université Laval, l'Université McGill, l'Université de Calgary et l'Université d'Ottawa.