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Implant cérébral : un implant optifluidique contrôlable à distance, permet de contrôler les cellules du cerveau en injectant des médicaments et de la lumière

id40794Une étude a montré que des scientifiques peuvent déterminer le chemin emprunté par une souris en pressant sur un bouton. Des chercheurs de l’École de médecine, St. Louis, et des Universités de l’Illinois et de Washington, ont créé un implant de tissu de dernière génération qui permet aux neuroscientifiques d’injecter des médicaments et de la lumière dans les neurones d’une souris. Cet appareil révolutionnaire est décrit dans la revue Cell. Son développement a été partiellement financé par le NIH (National Institutes of Health).

« Cette découverte offre des possibilités infinies pour les scientifiques afin de comprendre le fonctionnement du cerveau » selon Michael R. Bruchas, professeur agrégé d’anesthésiologie et de neurobiologie à la faculté de médecine de l’Université de Washington et auteur principal de l’étude.

Le laboratoire de Bruchas étudie les circuits qui contrôlent une variété de troubles y compris le stress, la dépression, l’addiction et la douleur. Les scientifiques doivent choisir entre l’injection de drogues (médicaments) à travers de tubes métalliques ou de la lumière par des fibres optiques.

Les deux options nécessitent une intervention chirurgicale qui peut endommager les parties du cerveau et introduire des conditions expérimentales qui entravent les mouvements naturels des animaux.

Pour répondre à ces questions, Jae-Woong Jeong, Ph.D., un bio-ingénieur de l’Université de l’Illinois, a travaillé avec Jordan G. McCall, Ph.D., un doctorant dans le laboratoire de Bruchas, de construire un implant optifluidique contrôlable à distance. L’appareil est conçu avec des matériaux souples d’une dimension d’1/10 d’un cheveu humain et peut fournir simultanément des médicaments et de la lumière.

« Nous avons utilisé des techniques de nano-fabrication pour créer un implant qui nous permet de pénétrer profondeur dans le cerveau cerveau avec un minimum de dégats », a déclaré John A. Rogers, Ph.D., professeur de science des matériaux et de l’ingénierie à l’Université de l’Illinois. «

Des appareils ultra-miniaturisés de ce genre ont un énorme potentiel pour la science et la médecine. »

Avec une épaisseur de 80 micromètres et une largeur de 500 micromètres, l’implant optofluidique est plus mince que les tubes métalliques, ou les canules que les scientifiques utilisent généralement pour injecter de la drogue. Lorsque les scientifiques ont comparé l’implant avec une canule typique, ils ont constaté que l’implant endommageait beaucoup moins le tissu cérébral.

Les scientifiques ont testé le potentiel de distribution de médicaments de l’appareil, chirurgicalement placer dans le cerveau de la souris. Dans certaines expériences, ils ont montré qu’ils pouvaient cartographier précisément les circuits à l’aide de l’implant pour injecter des virus qui marquent les cellules avec des colorants génétiques. Dans d’autres tests, ils ont fait marcher une souris en injectant un médicament qui imite la morphine dans l’aire segmentale ventrale (ATV) une région qui contrôle la motivation et l’addiction.

Les chercheurs ont également testé le potentiel de distribution combiné de lumière et de médicament. Ils ont fait en sorte que les souris, qui ont des neurones sensibles à la lumière dans leur zone ATV, restent sur un coté de la cage en commandant l’implant (à distance) et déclencher des pulsions laser sur les cellules. Les souris ont perdu leurs préférences lorsque les scientifiques ont utilisé l’appareil pour injecter simultanément un médicament qui bloque la communication neuronale. Dans toutes les expériences, les souris se trouvaient à environ 90 centimètres de l’antenne de commande.

« C’est le genre d’outil de développement révolutionnaire dont les neuroscientifiques ont besoin pour cartographier l’activité des circuits cérébraux » selon James Gnadt, Ph.D., directeur de programme à l’institut national des troubles neurologiques du NIH et des maladies NINDS. Cet appareil est dans la ligne droite avec les objectifs de l’initiative de cerveau BRAIN du NIH.

Les chercheurs ont fabriqué l’implant en utilisant les techniques de fabrication des puces informatiques semi-conducteurs. Cet implant peut au maximum transporter 4 médicaments et dispose de 4 diodes électroluminescentes inorganiques microscopique.

Ils ont installé un matériau expansible (extensible?) dans la partie inférieure des réservoirs de médicaments pour contrôler la livraison.

«Nous avons essayé au moins 30 prototypes différents avant que cela fonctionne, » a déclaré le Dr McCall.

« Ce fut vraiment un effort interdisciplinaire », a déclaré le Dr Jeong, qui est maintenant professeur adjoint de génie électrique, informatique et de l’ingénierie de l’énergie à l’Université du Colorado. « Nous avons essayé de concevoir l’implant pour répondre à certains grands besoins non satisfaits des neurosciences. »

Dans l’étude, les scientifiques fournissent des instructions détaillées pour la fabrication de l’implant.

« Un outil est bon seulement lorsqu’il est utilisé ». a déclaré le Dr Bruchas, « Nous croyons dans une approche participative « crowdsourcing » de neuroscience, c’est un excellent moyen de comprendre les circuits du cerveau normal et sain. »

Ce travail a été financé par des subventions du NIH (NS081707, DA037152, DA038752, MH101956), US Department of Energy (DE-FG02-07ER46471, DE-FG02-07ER46453), Department of Defense National Security Science and Engineering Faculty Fellowship.

Pour plus d’informations, visitez le site: http://www.ninds.nih.gov/

Le NINDS est le premier bailleur de fonds de la nation de la recherche sur le cerveau et le système nerveux. La mission du NINDS est de rechercher la connaissance fondamentale sur le cerveau et le système nerveux, et à utiliser ces connaissances pour réduire le fardeau de la maladie neurologique.

Reference : Jeong et al. “Wireless Optofluidic Systems for Programmable In Vivo Pharmacology and Optogenetics,” Cell, July 16, 2015. DOI: 10.1016/j.cell.2015.06.058

Source  de l’article en anglais : NIH – National Institutes of Health
Institut national des troubles neurologiques et des maladies

3 Comments »

  1. La matrice de la vie réelle : les chercheurs du MIT révèlent une interface qui peut permettre à un ordinateur de se brancher sur le cerveau.
    – Le Système pourrait délivrer des signaux optiques et les médicaments directement dans le cerveau.
    – Pourrait conduire à des dispositifs pour le traitement d’affections telles que la maladie de Parkinson

    source : DailyMail

  2. Nouvelles fibres peuvent fournir de nombreux stimuli simultanés. Implanté dans le cerveau ou la colonne vertébrale, ils peuvent transmettre des médicaments, de la lumière, et des signaux électriques.

    source MIT News

    Fibres multifonctionnels communiquent avec le cerveau

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