Internship Opportunity: Studying Photobiomodulation Effects on Neuronal Morphology and Synaptic Activity

Context and Background

Clinatec, the Edmond J. Safra Biomedical Research Center, has been developing innovative technological solutions for neurodegenerative diseases for several years. Pioneering work by Professors Benabid and Mitrofanis initiated the use of intracranial infrared photobiomodulation for Parkinson's disease, a technique currently in a clinical trial led by the Grenoble University Hospital (CHU de Grenoble).

Within the Grenoble Institute of Neuroscience (GIN), the "Neuropathology and Synaptic Dysfunctions" team is running a project to characterize the molecular mechanisms underlying early-stage Alzheimer's disease, focusing on the synapse as the disease's primary target. The team employs techniques including cell culture, microscopic imaging, electrophysiology, and molecular biology.

Photobiomodulation (PBM)—the application of red or near-infrared light (λ=600-1300nm) to body tissues—has been shown to induce numerous beneficial effects on cell function and survival in various disease models, including neurological disorders. It boasts an excellent safety profile with minimal evidence of side effects or cellular toxicity, and the devices are user-friendly and low-cost.

The primary mechanism of PBM appears to be its ability to stimulate mitochondria, the cell's energy machinery. Mitochondria contain numerous PBM light receptors; when stimulated, these receptors trigger more efficient energy production for cellular function and a reduction in potentially toxic reactive oxygen species.

The Internship Project

This 4 to 6-month internship, based at the Grenoble Institute of Neurosciences, will investigate the effect of photobiomodulation on a series of measurements related to synaptic activity in primary mouse neuron cultures. The initial phase will study neuronal mitochondrial membrane potential and long-term effects on synaptic density or plasticity under physiological conditions.

If the project progresses rapidly, the study may extend to pathological conditions using an *in vitro* model of Alzheimer's disease.

Supervision and Requirements

The internship will be supervised by José Martinez Hernandez and Alain Buisson.

Required skills and training include:

* Expertise in optical microscopy, electrophysiology, cell culture, and molecular biology.

* Proficiency in written and spoken English.

Contact Information

* José Martinez Hernandez: jose.martinezhernandez@cea.fr

* Alain Buisson: alain.buisson@univ-grenoble-alpes.fr

* Malvina Billères: malvina.billeres@cea.fr

Etude des effets de la photobiomodulation sur la morphologie et l’activité synaptique de neurones primaires en culture

Durée : 4 à 6 mois

Encadrement : José Martinez Hernandez, Alain Buisson

Lieu du stage : Grenoble Institut des Neurosciences, Grenoble, France

Le contexte

Clinatec, le centre de recherche biomédicale Edmond J. Safra, travaille depuis plusieurs années au développement de solutions technologiques innovantes pour les maladies neurodégénératives. Les professeurs Benabid et Mitrofanis ont initié l’utilisation de la photobiomodulation infrarouge appliquée à la maladie de Parkinson, grâce à un implant intracrânien, qui fait actuellement l’objet d’un essai clinique porté par le CHU de Grenoble.

Dans le Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), l’équipe « Neuropathologie et Dysfonctionnements synaptiques » développe un projet visant à caractériser les mécanismes moléculaires sous-tendant les atteintes précoces de la maladie d’Alzheimer en se focalisant sur la synapse comme première cible de la maladie. L’équipe utilise plusieurs techniques comme la culture cellulaire, l’imagerie microscopique, l’électrophysiologie et la biologie moleculaire.

La photobiomodulation, c’est-à-dire l’application de lumière rouge ou proche infrarouge (λ=600-1300nm) sur les tissus corporels, a été utilisée pour induire de nombreux effets bénéfiques sur la fonction et la survie des cellules dans plusieurs modèles de maladies, parmi lesquelles les maladies neurologiques (Hamblin 2016 ; Mitrofanis 2019). La photobiomodulation présente un bilan de sécurité impeccable, avec peu ou pas de preuves d’effets secondaires ou de toxicité sur les cellules du corps, et les dispositifs sont faciles à utiliser et peu coûteux.

Le principal mécanisme d’action de la photobiomodulation semble résider dans sa capacité à stimuler la salle des machines des cellules, les mitochondries. Les mitochondries possèdent de nombreux récepteurs lumineux de photobiomodulation et ces récepteurs, lorsqu’ils sont stimulés par la lumière, déclenchent une production d’énergie plus efficace pour la fonction cellulaire, ainsi qu’une réduction des espèces réactives de l’oxygène, qui peuvent devenir toxiques pour les cellules. La PBM a le potentiel d’aider à surmonter ces problèmes.

Le projet

L’objectif du projet est d’étudier l’effet de la photobiomodulation sur une série de mesures reliées à l’activité synaptique sur de cultures primaires de neurones de souris. En un premier moment sera étudié le potentiel de membrane mitochondriale des neurones, et les effets sur le long terme sur la densité ou plasticité synaptique en conditions physiologiques.

Si le projet avance rapidement, l’étude sur des conditions pathologiques sur un modèle in vitro de la maladie d’Alzheimer.

La formation requise

Formation en microscopie optique, électrophysiologie, culture cellulaire et biologie moléculaire

Anglais lu, écrit et parlé

Contacts

José Martinez Hernandez

jose.martinezhernandez@cea.fr

Alain Buisson

alain.buisson@univ-grenoble-alpes.fr

Malvina Billères

malvina.billeres@cea.fr

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