Découvertes de l’année de «Québec Science»: trois équipes de recherche de l’UdeM en lice

Dans les sociétés humaines, le langage est au cœur des interactions de leurs membres. C’est vrai aussi pour les organismes vivants. Deux chercheurs du Département de chimie se sont penchés sur la compréhension et la recréation de deux langages moléculaires fondamentaux à l'origine de la vie: l’allostérie et la multivalence. Ces langages sont cruciaux dans la communication entre les molécules des organismes vivants et sont considérés comme essentiels pour l’élaboration de nouvelles nanotechnologies.

Les scientifiques ont réussi à recréer ces langages et à les valider mathématiquement. Leur publication dans le Journal of the American Chemical Society souligne l'importance de ces avancées comme autant de portes ouvertes sur des nanotechnologies révolutionnaires dans des domaines tels que la détection biomoléculaire, l'administration de médicaments et l'imagerie moléculaire.

Le professeur Alexis Vallée-Bélisle et son doctorant Dominic Lauzon expliquent que les organismes vivants fonctionnent grâce à des langages moléculaires qui assurent la coordination et la réalisation de tâches spécifiques entre les molécules. Ils mettent en avant la nécessité de comprendre et d'exploiter ces langages pour créer des systèmes artificiels plus complexes et utiles dans l'ère émergente des nanotechnologies.

Deux types de langages moléculaires sont principalement explorés: l'allostérie, où une molécule modifie la structure d'une autre molécule pour activer ou inhiber son activité, et la multivalence, qui facilite la liaison entre plusieurs molécules. Ces langages, bien qu'observés dans tous les organismes vivants, n’ont commencé que récemment à être programmés et utilisés par les scientifiques, ouvrant ainsi la voie à la conception de nouvelles nanotechnologies.

Les chercheurs ont utilisé l'ADN comme molécule modèle pour constituer un système moléculaire fonctionnant à partir de ces deux langages, ce qui a permis de comparer et de comprendre leurs règles et principes. Ils ont découvert que des équations mathématiques simples peuvent décrire ces langages, offrant ainsi des paramètres pour programmer la communication entre les molécules dans un nanosystème.

Grâce à ces nouveaux éléments de compréhension, ils ont conçu un capteur d'anticorps utilisant le langage de la multivalence, capable d’être programmé pour détecter différentes concentrations d'anticorps. Cette avancée est particulièrement pertinente pour évaluer l'immunité individuelle et l'immunité collective dans des contextes tels que celui de la pandémie.

En résumé, cette recherche ouvre des perspectives prometteuses pour la mise au point de nanotechnologies innovantes en décryptant les langages moléculaires fondamentaux de la vie et en les appliquant à divers domaines, notamment la santé et la technologie biomédicale.

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Vous avez probablement déjà entendu l’expression «raide comme une barre». Cette expression imagée illustre bien la difficulté de relaxation musculaire, qui est l’un des symptômes que présentent les personnes atteintes de dystrophie myotonique de type 1 (DM1), une maladie orpheline qui s’attaque aux muscles. Rare sur la planète, cette maladie atteint la prévalence la plus élevée au monde dans la région du Saguenay–Lac-Saint-Jean, soit environ 1 personne sur 500. Le professeur de l’École de réadaptation de l’UdeM et chercheur au CHU Sainte-Justine Nicolas Dumont et Élise Duchesne, physiothérapeute au Centre intégré universitaire de santé et de services sociaux (CIUSSS) du Saguenay–Lac-Saint-Jean et professeure à l’Université du Québec à Chicoutimi, ont collaboré pour mettre au jour un nouveau mécanisme d'action lié à cette maladie.

Leur étude a mis en lumière une signature moléculaire spécifique aux déficiences musculaires associées à la DM1 en analysant les cellules souches musculaires. Cette découverte a conduit à désigner un nouveau biomarqueur lié à la gravité de la maladie et à proposer une thérapie porteuse visant à améliorer la capacité musculaire.

Les résultats de l'étude ont été publiés dans Nature Communications et donnent de l'espoir aux personnes atteintes de DM1. Cette maladie est considérée comme hypervariable, puisqu’elle présente divers symptômes affectant non seulement les muscles, mais aussi d'autres fonctions telles que le sommeil, la digestion, la vue, etc.

Au Saguenay–Lac-Saint-Jean, les chercheurs ont pu utiliser les données d’une biobanque de tissus pour approfondir leurs travaux. L'analyse moléculaire a révélé la présence d’un sous-groupe de cellules musculaires prématurément âgées produisant un environnement inflammatoire nocif pour les cellules saines et montré que l'interleukine-6 était fortement liée à la faiblesse musculaire chez les patients.

En exploitant ces découvertes, l'équipe de recherche a testé des médicaments qui ciblent spécifiquement les cellules en fin de vie et qui ont une capacité à réduire l'inflammation et à restaurer la capacité de régénération des cellules musculaires atteintes. Ces résultats sont encourageants pour la mise au point potentielle de thérapies efficaces contre cette maladie.

La collaboration entre les chercheurs du CIUSSS Saguenay–Lac-Saint-Jean, de l’UdeM et du CHU Sainte-Justine a été cruciale pour ces avancées, montrant l'importance de l'échange d'expertises pour mieux comprendre et traiter les maladies rares telles que la DM1 et offrant ainsi de nouvelles perspectives pour l'amélioration des soins et services destinés aux personnes touchées.

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Un grave accident ou une maladie dégénérative peuvent causer des lésions au cerveau ou à la moelle épinière dont la conséquence est la paralysie ou une réduction de la mobilité. Cette troisième découverte met en lumière une avancée significative dans le domaine de la neurostimulation et des neuroprothèses grâce à l'utilisation de l'intelligence artificielle afin d’optimiser les paramètres de stimulation, sans intervention humaine, et permettant à la prothèse de s’adapter par elle-même. Publiée dans la revue Cell Reports Medicine, cette étude ouvre de nouveaux horizons pour le traitement des paralysies et des déficits sensoriels provoqués par des accidents vasculaires cérébraux et des lésions de la moelle épinière, qui touchent environ 380 000 personnes au Canada.

Ces travaux interdisciplinaires ont pu être menés en alliant les expertises en neurosciences, génie biomédical et intelligence artificielle de Marco Bonizzato, Marina Martinez, Guillaume Lajoie et Numa Dancause. Cette collaboration a permis de concevoir des algorithmes d'apprentissage autonome capables d'optimiser les paramètres de stimulation des neuroprothèses implantées dans le cerveau d’animaux, laissant ainsi entrevoir des avancées prometteuses dans le domaine.

L'utilisation de ces algorithmes a considérablement amélioré la performance des neuroprothèses, permettant de créer des protocoles de neurostimulation très précis pour ainsi personnaliser les traitements en fonction de l'état de chaque sujet. Selon les chercheurs, cette optimisation autonome offre des avantages tangibles pour rétablir les connexions neuronales et restaurer la fonction motrice perdue.

Les scientifiques soulignent que ces progrès technologiques représentent une étape cruciale vers de nouvelles solutions pour traiter diverses conditions neurologiques telles que les lésions de la moelle épinière, les accidents vasculaires cérébraux ou encore la maladie de Parkinson. Ils affirment que l'intelligence artificielle joue un rôle essentiel dans l’élaboration de stratégies de stimulation plus complexes, ce qui permet de maximiser l'efficacité de chaque implantation de neuroprothèse.

Cette étude révèle le potentiel considérable des neuroprothèses intelligentes et de l'intelligence artificielle pour améliorer la neurostimulation, ouvrant ainsi la voie à des traitements plus efficaces et personnalisés pour les affections neurologiques qui altèrent le mouvement et les sens.

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