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Des fils injectables pour fixer le cerveau

Pour traiter les maladies neurologiques, de nouveaux traitements seraient possibles, qui utiliseraient une maille flexible pour stimuler les cellules cérébrales d’un individu.

De l’électronique injectée directement dans le cerveau

Dans un laboratoire situé dans les sous-sols de l’Université d’Harvard, quelques brins de mailles métalliques extrêmement fines ondulent au fond d’un verre d’eau, un peu comme une danse de rubans. Ces mailles de nanofils sont capables de faire quelque chose d’inédit : une fois injectés dans le cerveau d’une souris vivante, ils parviennent, en toute sécurité, à stimuler des neurones et à mesurer le comportement des cellules pendant plus d’un an.

Left: As demonstrated here in water, the mesh is extremely flexible once in the brain. Right: Out of the brain (or water), the structure goes limp. Credit : MIT Technology Review

Left: As demonstrated here in water, the mesh is extremely flexible once in the brain.
Right: Out of the brain (or water), the structure goes limp.
© Lieber Research Group, Harvard University

De telles interfaces électroniques dans le cerveau pourraient un jour être essentielles pour des patients atteints de maladies neurologiques telles que le Parkinson. Ces maladies provoquent la mort de groupes de neurones dans une partie du cerveau, et engendrent des tremblements incontrôlables. En envoyant des secousses électriques adaptées et très précisément ciblées dans la région en question, cela peut aider à donner un coup de fouet aux neurones encore vivants et arrêter les symptômes du Parkinson.

Aujourd’hui certains patients peuvent bénéficier d’un traitement par électro-stimulation profonde du cerveau (stimulation cérébrale profonde). Mais ce protocole possède beaucoup de limites. Il consiste à implanter des électrodes rigides et relativement épaisses dans le cerveau. C’est loin d’être idéal dans un organe aussi fragile : après quatre semaines, des cicatrices dans les tissus endommagés apparaissent. Et pour que les électrodes puissent continuer à fonctionner à travers les zones cicatricielles, il faut augmenter le voltage utilisé pour stimuler les neurones. Cela peut être dangereux, et parfois une intervention chirurgicale supplémentaire est nécessaire pour remplacer l’implant.

The device is flexible enough to be injected by a needle. The net-like structure prevents it from disrupting neurons too much once implanted. Credit : MIT Technology Review

The device is flexible enough to be injected by a needle. The net-like structure prevents it from disrupting neurons too much once implanted.
© Lieber Research Group, Harvard University

Charles Lieber, pionnier en chimie et en nanomatériaux d’Harvard, avait une autre idée : une interface conductrice dans le cerveau qui imiterait les détails précis du cerveau lui-même. Exactement comme les neurones se connectent entre eux via un réseau avec des zones libres traversées par des protéines et des fluides, le nanomaillage électronique conçu par Lieber laisse de l’espace disponible pour les neurones, plutôt que de repousser ces derniers de chaque côté d’un objet étranger rigide (électrode). « Ce dispositif brouille l’interface entre le système vivant et l’implant » déclare Guosong Hong, post-doctorant au laboratoire de Lieber.

L’extrême flexibilité du maillage, constitué de fils d’or pris en sandwich entre des couches de polymère, est aisément aspirée dans une aiguille afin d’être injecté plutôt que d’être implanté. Cela permet d’éviter une chirurgie invasive. Une partie du maillage reste en surface du cerveau à travers un orifice dans la boîte crânienne. De cette façon, il peut être relié à un ordinateur qui contrôle les impulsions électriques et mesure l’activité neuronale. Mais au final, reconnaît Lieber, le système de contrôle et la source d’énergie nécessaire au fonctionnement du dispositif pourraient être implantés dans le corps, comme le sont les dispositifs actuels de stimulation cérébrale profonde.

Les chercheurs envisagent bien d’autres usages au-delà de la maladie de Parkinson. Ce système pourrait participer au traitement de la dépression et de la schizophrénie avec plus de précision que les médicaments actuels, qui noient le cerveau entier de produits chimiques et sont à l’origine de nombreux effets secondaires.

Il va sans dire, que ce dispositif devra être testé sur l’homme. L’équipe de Lieber travaille en partenariat avec les médecins du Massachusetts General Hospital et va prochainement commencer les expériences chez les patients souffrant d’épilepsie.

Traduction Virginie Bouetel

MIT Technology Review

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