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De nombreux trackers de fitness et smartwatches modernes comportent des LED intégrées. La lumière verte émise, qu'elle soit continue ou pulsée, pénètre la peau et peut être utilisée pour mesurer la fréquence cardiaque du porteur pendant une activité physique ou au repos.
Ces montres sont devenues extrêmement populaires. Une équipe de chercheur·ses de l'ETH Zurich veut maintenant capitaliser sur cette popularité en utilisant les LED pour contrôler les gènes et modifier le comportement des cellules à travers la peau. L'équipe est dirigée par Martin Fussenegger, du Département de science et d'ingénierie des biosystèmes de Bâle. Il explique le défi que représente cette entreprise: «Aucun système moléculaire naturel dans les cellules humaines ne répond à la lumière verte, nous avons donc dû construire quelque chose de nouveau.»
La lumière verte de la smartwatch active le gène
Le professeur de l'ETH Zurich et ses collègues ont finalement développé un interrupteur moléculaire qui, une fois implanté, peut être activé par la lumière verte d'une smartwatch.
L'interrupteur est lié à un réseau de gènes que les chercheur·ses ont introduit dans des cellules humaines. Comme il est d'usage, il·les ont utilisé des cellules HEK 293 pour le prototype. Selon la configuration de ce réseau - autrement dit, les gènes qu'il contient - il peut produire de l'insuline ou d'autres substances dès que les cellules sont exposées à la lumière verte. L'extinction de la lumière désactive l'interrupteur et arrête le processus.
Comme il·les ont utilisé le logiciel standard de la smartwatch, les chercheurs n'ont pas eu besoin de développer des programmes spécifiques. Pendant leurs tests, ils ont allumé la lumière verte en lançant l'application de course à pied. «Les montres disponibles dans le commerce offrent une solution universelle pour actionner l'interrupteur moléculaire», explique Martin Fussenegger. Les nouveaux modèles émettent des impulsions lumineuses, qui sont encore mieux adaptées pour faire fonctionner le réseau de gènes.
L'interrupteur moléculaire est toutefois plus compliqué. Un complexe de molécules a été intégré dans la membrane des cellules et relié à une pièce de connexion, à la manière de l'attelage d'un wagon de chemin de fer. Dès que la lumière verte est émise, la pièce qui se projette dans la cellule se détache et est transportée jusqu'au noyau de la cellule où elle déclenche un gène producteur d'insuline. Lorsque la lumière verte s'éteint, la pièce détachée se reconnecte avec son homologue encastrée dans la membrane.
Contrôler les implants à l'aide de wearables
Les chercheur·ses ont testé leur système sur des couennes de porc et des souris vivantes en leur implantant les cellules appropriées et en leur attachant une smartwatch comme un sac à dos. En ouvrant le programme de fonctionnement de la montre, les chercheur·ses ont allumé la lumière verte pour activer la cascade.
C'est la première fois qu'un implant de ce type est mis en œuvre à l'aide d'appareils électroniques intelligents disponibles dans le commerce, appelés «wearables» car ils sont portés directement sur la peau», explique le professeur de l'ETH Zurich. La plupart des montres émettent une lumière verte, ce qui constitue une base pratique pour une application potentielle car les utilisateur·ices n'ont pas besoin d'acheter un appareil spécial.
Selon Martin Fussenegger, il semble toutefois peu probable que cette technologie entre dans la pratique clinique avant au moins dix ans. Les cellules utilisées dans ce prototype devraient être remplacées par les propres cellules de l'utilisateur·ice. De plus, le système doit passer par les phases cliniques avant d'être approuvé, ce qui signifie des obstacles réglementaires majeurs. «À ce jour, seules quelques thérapies cellulaires ont été approuvées», précise-t-il.