Une interface neuronale 3D multifonctionnelle et flexible

Pouvoir mesurer l’activité électrique du cerveau nous a aidés à mieux comprendre les processus, les fonctions et les maladies du cerveau au cours des dernières décennies. Jusqu’à présent, une grande partie de cette activité a été mesurée via des électrodes placées sur le cuir chevelu (par électroencéphalographie (EEG)); Cependant, être capable d’acquérir des signaux directement à l’intérieur du cerveau lui-même (via des dispositifs d’interfaçage neuronal) au cours des activités de la vie quotidienne pourrait amener les neurosciences et la neuromédecine à des niveaux complètement nouveaux. Un revers majeur à ce plan est que, malheureusement, la mise en œuvre d’interfaces neuronales s’est avérée remarquablement difficile.

Les matériaux utilisés dans les minuscules électrodes qui entrent en contact avec les neurones, ainsi que ceux de tous les connecteurs, doivent être flexibles mais suffisamment durables pour résister à un environnement relativement difficile dans le corps. Les tentatives précédentes de développement d’interfaces cérébrales durables se sont avérées difficiles car les réponses biologiques naturelles du corps, telles que l’inflammation, dégradent les performances électriques des électrodes au fil du temps. Mais que se passerait-il si nous avions un moyen pratique d’administrer localement des médicaments anti-inflammatoires là où les électrodes entrent en contact avec le cerveau ?

Dans une étude récente publiée dans Microsystems & Nanoengineering, une équipe de chercheurs coréens a développé une nouvelle interface cérébrale multifonctionnelle qui peut simultanément enregistrer l’activité neuronale et délivrer des médicaments liquides au site d’implantation. Contrairement aux dispositifs rigides existants, leur conception a une structure 3D flexible dans laquelle un réseau de micro-aiguilles est utilisé pour collecter plusieurs signaux neuronaux sur une zone, et de fines lignes conductrices métalliques transportent ces signaux vers un circuit externe. L’un des aspects les plus remarquables de cette étude est qu’en empilant et en micro-usinage stratégiquement plusieurs couches de polymère, les scientifiques ont réussi à incorporer des canaux microfluidiques sur un plan parallèle aux lignes conductrices. Ces canaux sont reliés à un petit réservoir (qui contient les médicaments à administrer) et peuvent acheminer un flux constant de liquide vers les micro-aiguilles.

L’équipe a validé son approche par des expériences d’interface cérébrale sur des rats vivants, suivies d’une analyse de la concentration de médicament dans les tissus autour des aiguilles. Les résultats globaux sont très prometteurs, comme le remarque le professeur Sohee Kim du Daegu Gyeongbuk Institute of Science and Technology (DGIST), Corée, qui a dirigé l’étude : « La flexibilité et les fonctionnalités de notre appareil contribueront à le rendre plus compatible avec les tissus biologiques. et diminuer les effets indésirables, qui contribuent tous à augmenter la durée de vie de l’interface neuronale. »

Le développement d’interfaces cérébrales multifonctionnelles durables a des implications dans plusieurs disciplines. « Notre appareil peut être adapté aux interfaces cerveau-machine, qui permettent aux personnes paralysées de déplacer des bras ou des jambes robotiques en utilisant leurs pensées, et pour traiter des maladies neurologiques à l’aide d’une stimulation électrique et/ou chimique au fil des ans », explique le Dr Yoo Na Kang du Korea Institute of Machinery & Materials (KIMM), premier auteur de l’étude. Espérons que de nombreuses personnes bénéficient d’une connexion directe et durable au cerveau !