Topic description
La tranche de cerveau est une préparation ex vivo devenue essentielle en recherche préclinique, notamment pour les tests de médicaments et la validation de modèles animaux. En effet, les tranches de cerveau présentent des avantages similaires aux cultures neuronales dissociées, car les neurones sont accessibles à l'étude électrophysiologique. Cependant, contrairement aux préparations in vitro, les cellules et les circuits locaux sont préservés dans leur environnement physiologique, mimant ainsi les conditions in vivo. C'est pourquoi de nombreuses CRO (Contract Research Organizations) utilisent aujourd'hui les tranches de cerveau pour la sélection préclinique de nouvelles molécules candidates, principalement par la technique du patch-clamp manuel. Cette approche est toutefois chronophage, requiert l'expertise d'électrophysiologistes et ne fournit qu'une information incomplète sur les effets des médicaments au niveau du réseau. Pour le criblage de médicaments sur tranches de cerveau, ce projet propose de remplacer la technique du patch-clamp par une approche innovante combinant l'imagerie du potentiel membranaire (Vm) et du Ca2+, développée et validée au Laboratoire Interdisciplinaire de Physique (LIPhy) de Grenoble [Ghasemiform & Canepari, ]. Alors que les enregistrements patch-clamp permettent d'obtenir des informations sur l'excitabilité neuronale et la transmission synaptique au niveau de neurones individuels, l'imagerie combinée Vm et Ca2+ permet d'enregistrer les signaux électriques et chimiques de populations de centaines de neurones dans des régions cérébrales relativement étendues. Cette technique apporte ainsi des informations sur l'activité du réseau, essentielles pour comprendre le mode d'action du médicament et prédire ses effets secondaires potentiels. De plus, comme 6 à 8 tranches peuvent être analysées quotidiennement et de manière routinière chez une seule souris, cette méthode permet d'obtenir en quelques semaines des caractérisations de médicaments qui nécessitent des mois de travail avec la technique patch-clamp. Elle raccourcit ainsi considérablement le processus de sélection des composés candidats, actuellement une source majeure de retard dans le développement de médicaments. Enfin, contrairement au patch-clamp manuel, l'imagerie combinée Vm et Ca2+ peut potentiellement être automatisée grâce au développement de stations de travail dédiées, un objectif de transfert de technologie à long terme du laboratoire.
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The brain slice is an ex-vivo preparation that became crucial in preclinical research, in particular in drug testing and validation of animal models. In fact, brain slices share advantages of dissociated neuronal cultures because neurons are accessible for electrophysiological investigation, but in contrast to in vitro preparations cells and local circuits are preserved in their physiological environment, mimicking in vivo conditions. For this reasons, today, many “contract research organizations“ (CROs) in the world exploit brain slices for preclinical lead selection of novel molecules, mostly using manual patch clamp recordings to this aim. This approach is however time demanding, it requires skills of experienced electrophysiologists, and it offers incomplete network information of drug effects. For drug screening in brain slices, this project proposes to replace the patch clamp technique with an innovative combined membrane potential (Vm) and Ca2+ imaging approach developed and validated at the Interdisciplinary Laboratory of Physics (LIPhy) in Grenoble [Ghasemiform & Canepari, ]. Whereas with patch clamp recordings information on neuronal excitability and synaptic transmission is obtained in single neurons, combined Vm and Ca2+ imaging allows recording electrical and chemical signals from populations of hundreds neurons in relatively large brain areas, in this way adding information on network activity that is pivotal to understand the action of the drug as well as to predict potential side effects. Furthermore, since 6-8 slices can be routinely analyzed in a day from one mouse, the method allows obtaining in a few weeks drug characterizations that require months of work if using the patch clamp technique, in this way significantly shortening the pipeline of lead selection that is currently a major source of delay in drug development. Finally, in contrast to manual patch clamp, combined Vm and Ca2+ imaging can be potentially performed automatically by developing dedicated workstations, which is a long-term technology transfer aim of the laboratory.
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Début de la thèse : 01/10/
Funding category
Public funding alone (i.e. government, region, European, international organization research grant)
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