Les cellules qui entendent la musique libèrent de l'insuline

Le corps des personnes souffrant de diabète ne produit pas ou trop peu d'insuline. Les diabétiques sont donc tributaires d'un apport extérieur de ce neurotransmetteur via une seringue ou une pompe. Les chercheurs de Martin Fussenegger, du Département des systèmes biologiques de l'ETH Zurich à B?le, souhaitent simplifier la vie de ces personnes et cherchent des solutions permettant de produire et d'administrer l'insuline directement dans le corps.

Pour ce faire, les scientifiques poursuivent l'idée d'enfermer les cellules design productrices d'insuline dans des capsules qui peuvent être implantées dans le corps. Afin de pouvoir contr?ler de l'extérieur quand et combien de neurotransmetteurs les cellules libèrent dans le sang, les chercheurs ont étudié et utilisé différents déclencheurs au cours des dernières années : La lumière, la température ou les champs électriques.

Fussenegger et ses collaborateurs ont maintenant développé une autre méthode de stimulation inédite : ils utilisent la musique pour déclencher en quelques minutes la libération d'insuline par les cellules. Cela fonctionne particulièrement bien avec "We will rock you", un tube mondial du groupe de rock britannique Queen.

Equiper les cellules pour la réception d'ondes sonores

Pour rendre les cellules productrices d'insuline réceptives aux ondes sonores, les chercheurs ont eu recours à une protéine de la bactérie E. coli. De telles protéines réagissent aux stimuli mécaniques et sont très répandues dans le règne animal et chez les bactéries. La protéine se trouve naturellement dans la membrane de la bactérie et régule l'afflux d'ions calcium à l'intérieur de la cellule. Les chercheurs ont intégré le plan de construction de ce canal ionique bactérien dans les cellules humaines productrices d'insuline. Celles-ci peuvent ainsi fabriquer elles-mêmes le canal ionique et l'intégrer dans leur membrane.

Comme les scientifiques ont pu le montrer, le canal s'ouvre dans ces cellules en réaction à la sonorisation, ce qui entra?ne l'afflux d'ions de calcium chargés positivement dans la cellule. Cela entra?ne une inversion de la charge dans la membrane cellulaire. En conséquence, les minuscules vésicules remplies d'insuline fusionnent à l'intérieur de la cellule avec la membrane cellulaire et libèrent l'insuline à l'extérieur.

Le bourdonnement des basses stimule la sécrétion d'insuline

Dans des cultures cellulaires, les chercheurs ont d'abord déterminé quelles fréquences et quelles intensités sonores activaient le plus fortement les canaux ioniques. Il s'est avéré que des volumes d'environ 60 décibels (dB) et des fréquences basses de 50 Hertz déclenchaient les canaux ioniques le plus efficacement. Pour déclencher au maximum la libération d'insuline, le son ou la musique devait durer au moins trois secondes et faire une pause de cinq secondes au maximum. Des pauses trop longues entre les intervalles de sonorisation réduisaient fortement la libération d'insuline.

Enfin, les chercheurs ont examiné si et quels genres de musique provoquaient la réponse à l'insuline la plus forte à un volume sonore de 85 dB. La musique rock avec des basses vrombissantes comme la chanson de Queen "We will rock you" est arrivée en tête, suivie de la bande-son du film d'action "Avengers". En revanche, la réponse de l'insuline à la musique classique ou à la guitare n'a guère pesé dans la balance.

"We will rock you" a déclenché environ 70 pour cent de la libération d'insuline en l'espace de cinq minutes, et la totalité en l'espace de 15 minutes. Cela est comparable à la réponse insulinique naturelle générée par le glucose chez les personnes en bonne santé, explique Fussenegger.

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

Pour tester l'ensemble du système, les chercheurs ont implanté les cellules productrices d'insuline dans des souris et ont placé l'abdomen des animaux directement sur un haut-parleur. Ce n'est qu'ainsi que les chercheurs ont pu observer une réponse à l'insuline. En revanche, si les animaux pouvaient se déplacer librement dans une "discothèque de souris", la musique n'était pas en mesure de déclencher la libération d'insuline.

"Nos cellules de conception ne délivrent de l'insuline que si la source sonore avec le bon son est jouée directement sur la peau au-dessus de l'implant", souligne le professeur de l'ETH. La libération du neurotransmetteur n'a pas été déclenchée par des bruits ambiants tels que le bruit des avions, des tondeuses à gazon ou des sirènes de pompiers, ni par des conversations.

Pas de déclenchement par les bruits ambiants

Pour autant qu'il puisse en juger sur la base des tests effectués dans des cultures cellulaires et sur des souris, il n'y aurait un jour guère de risque, même pour les humains, que des cellules implantées sécrètent de l'insuline en permanence et au moindre bruit.

Une autre marge de sécurité réside dans le fait que les dép?ts d'insuline ne sont pas complètement remplis avant quatre heures après avoir été vidés. Les cellules ne pourraient donc pas - même si elles étaient sonorisées toutes les heures - libérer une charge complète d'insuline à chaque fois et provoquer ainsi une hypoglycémie potentiellement mortelle. "On pourrait toutefois couvrir ainsi les besoins typiques d'un patient diabétique qui prend trois repas par jour", explique le professeur de l'ETH. L'insuline se maintient longtemps dans les vésicules, même si une personne ne s'alimente pas pendant plus de quatre heures. "Il n'y a pas de dégradation ni de libération involontaire".

Une application clinique est toutefois encore lointaine. Les chercheurs ont simplement apporté ici la preuve de faisabilité que les réseaux génétiques peuvent également être contr?lés par des stimuli mécaniques tels que des ondes sonores. L'application dépendra de l'intérêt que portera une entreprise pharmaceutique à ce principe. Car il pourrait être appliqué à grande échelle : le système ne fonctionne pas seulement avec l'insuline, mais en principe avec toute protéine utilisable à des fins thérapeutiques.