Description du sujet de thèse

Ce projet de thèse fait partie d'une collaboration entre l'Imperial College London et le CNRS sur le développement d'une plateforme de diagnostic miniaturisée et multimodale de la dépression et d'évaluation des traitements. Le diagnostic de la dépression est encore imprécis et les antidépresseurs ont une efficacité variable. Pour répondre à ce problème, nous devons mieux définir la base chimique de cette maladie chez l'homme, notamment identifier et mesurer les biomarqueurs de la dépression dans des modèles humains et évaluer leur réponse aux antidépresseurs. Il existe trois théories principales de la dépression. La théorie des monoamines affirme que les niveaux de sérotonine sont plus faibles pendant la dépression. La théorie de la plasticité postule que les faibles niveaux de glutamate sont à l'origine d'une perte de connexions neuronales. Enfin, la théorie de l'inflammation suppose que des molécules inflammatoires telles que l'histamine et le monoxyde d’azote (NO) entraînent des changements fonctionnels dans le cerveau qui conduisent à un comportement dépressif. La collaboration propose de réunir des capteurs de sérotonine, d'histamine, de glutamate et de NO dans un dispositif pilote fournissant le premier test chimique de la dépression.
Ce projet développera des électrodes de glutamate et de NO compatibles avec ce dispositif à 4 sondes. Les sondes pour le NO et le glutamate seront basées sur des microélectrodes en fibre de carbone (CFM). Pour la détection du NO, les CFM seront recouvertes de xérogel fluoré et de polyuréthane comme protection contre l'encrassement biologique. Les capteurs de glutamate seront obtenus à partir de fibre de carbone platinée recouverte de l'enzyme glutamate oxydase. Ces capteurs électrochimiques oxyderont le NO et le glutamate et fourniront une estimation de leur concentration ambiante en fonction de l'intensité du courant d'oxydation. Ils seront implantées dans le cerveau de rats anesthésiés dans un paradigme de dépolarisation corticale envahissante (SDs), des vagues de dépolarisation des neurones et des cellules gliales qui se propagent à travers le cortex et évoquent une importante libération de glutamate et de NO. Des capteurs de glutamate et de NO seront également implantés dans le cerveau de rats anesthésiés soumis à une occlusion de l'artère carotide pour simuler une ischémie cérébrale, et pendant un épisode d'inflammation cérébrale déclenchée par le lipopolysaccharide, un extrait bactérien pro-inflammatoire. Cette tâche in vivo permettra non seulement de valider l'utilisation des nouveaux capteurs dans un système vivant, mais aussi d'approfondir notre compréhension de la physiopathologie de la libération de glutamate et de NO au cours des agressions cérébrales et de la neuroinflammation. Pour la phase finale du projet, le doctorant se rendra à Imperial et insérera des électrodes de glutamate et de NO dans un système à 4 électrodes également équipé d'électrodes de sérotonine et d'histamine. Les quatre mesures seront appliquées à des sphéroïdes neuronaux constitués d'iPSCs d'origine humaine dans des conditions contrôle ou d'inflammation. Cette sonde à quatre électrodes sera également testée à Lyon sur des modèles animaux d'inflammation, ce qui nous permettra d'évaluer si le modèle ex vivo peut récapituler les signaux in vivo.
Ce projet permettra de créer la première sonde capable de mesurer la sérotonine, l'histamine, le glutamate et le NO dans des organoïdes d'origine humaine ou dans le cerveau de modèles animaux d'inflammation. Cette nouvelle technologie permettra de mieux comprendre les mécanismes biochimiques de la dépression, de diagnostiquer la dépression et de cribler de nouveaux médicaments. Il n'existe pas de mesures chimiques de la dépression et les capteurs développés ici seront les premiers de leur catégorie. Leur impact sur la recherche sur le cerveau et la recherche pharmaceutique devrait être important, affectant à long terme la vie de millions de patients.

Contexte de travail

Ce projet est le fruit de la collaboration entre l’équipe TIGER (translational and Integrative Group in Epilepsy research) du centre de recherche en Neuroscience de Lyon (CRNL) avec le laboratoire du Pr Parastoo Hashemi au département de bioingénierie de Imperial College à Londres. Le doctorant (H/F) sera rattaché administrativement au CRNL mais sera supervisé par Stéphane Marinesco et Parastoo Hashemi en cotutelle. Des missions à Londres sont prévues en deuxième moitié de doctorat. Les deux laboratoires CRNL et Imperial sont des centres d’excellence dans le domaine des microcapteurs chimiques implantables dans le cerveau et développent des approches innovantes pour détecter des neurotransmetteurs et des métabolites dans le cerveau ou des cultures cellulaires. En outre, les deux laboratoires disposent d’infrastructures d’excellence en expérimentation animale, microscopie et culture cellulaire.

Contraintes et risques

Manipulation d'animaux vivants (rats)
Manipulation de produits chimiques toxiques possible.