La neuromodulation joue un rôle important dans le déchiffrement des circuits neuronaux et l’exploration du traitement clinique des maladies neurologiques. La neuromodulation optoacoustique est une modalité nouvelle et polyvalente qui offre la grande profondeur de pénétration des ultrasons, ainsi que la haute précision spatiale des photons.
Le processus optoacoustique implique des impulsions de lumière qui sont converties en ondes acoustiques à des fréquences ultrasonores. Les sciences de la vie ont vu se développer rapidement les technologies optoacoustiques, pour l’imagerie des structures biologiques vivantes – ; allant des structures subcellulaires aux organes, et même des animaux entiers.
Une équipe de l’Université de Boston a récemment commencé à utiliser l’optoacoustique pour la neuromodulation de haute précision. En réutilisant un émetteur optoacoustique développé à l’origine pour le guidage chirurgical, ils ont développé le premier exemple de neurostimulation optoacoustique. Plus récemment, ils ont créé un nouveau type d’émetteur optoacoustique qui étend la précision au niveau neuronal et subcellulaire. Dans un abécédaire publié dans Neurophotonique, ils discutent des considérations de conception de l’appareil, des mécanismes potentiels et des obstacles à l’adoption de l’optoacoustique en tant qu’outil de neuromodulation viable. Ils offrent également leur point de vue sur les orientations futures de la recherche fondamentale et translationnelle pour le domaine.
La neuromodulation optoacoustique peut être réalisée par une variété de techniques. La stimulation neuronale, qui a été appliquée avec succès pour le traitement des troubles neurologiques et psychiatriques, notamment l’épilepsie, la maladie d’Alzheimer, la maladie de Parkinson et la dépression résistante au traitement, pourrait trouver une nouvelle méthode en optoacoustique. Ainsi, la stimulation neuronale optoacoustique permettrait d’éviter les problèmes associés à la stimulation électrique et d’atteindre une meilleure précision pour atteindre des fibres nerveuses plus fines, par exemple chez les enfants atteints de paralysie cérébrale.
Certaines des nouvelles techniques optoacoustiques étudiées dans l’amorce comprennent la neurostimulation à base de fibres, les films biocompatibles et la médiation des nanoparticules. Les émetteurs multiplexés sous forme de matrices à base de fibres ou de films peuvent potentiellement être utilisés pour la stimulation, par exemple, des cellules ganglionnaires rétiniennes pour une prothèse visuelle.
Des émetteurs optoacoustiques à base de fibres hautement miniaturisés pourraient administrer des médicaments dans les membranes cellulaires ou être intégrés dans des dispositifs médicaux, tels que des cathéters et des aiguilles, pour fournir un guidage chirurgical en temps réel.
En complément des dispositifs émetteurs optoacoustiques à base de fibres, les films optoacoustiques biocompatibles peuvent servir de nouvelle interface neuronale, offrant de multiples fonctions, de la stimulation optoacoustique au soutien structurel et au guidage de la croissance. En tant que plate-forme pour la bioélectronique et base pour l’échafaudage tissulaire, il a été démontré que les films optoacoustiques biocompatibles améliorent les effets de régénération dans l’ingénierie osseuse. Ils se sont également révélés capables de favoriser la régénération neuronale, en augmentant la sécrétion de facteurs neurotrophiques dérivés du cerveau. En tant que technique à médiation lumineuse, l’échafaudage optoacoustique élimine les exigences de connexions filaires et de modifications génétiques.
La vue est attrayante, mais il reste du travail à faire.
Dans l’ensemble, la neuromodulation optoacoustique présente un certain nombre d’avantages par rapport à son homologue ultrasonique, notamment une résolution temporelle spatiale plus élevée, une accumulation thermique minimale et une large bande passante, ce qui la rend adaptée à la modulation spécifique à la région dans les modèles animaux et même chez les patients humains. D’autre part, la neuromodulation optoacoustique est encore à un stade précoce de développement, et il y a plusieurs défis à relever par de futures études. »
Ji-xin Cheng, SAuteur supérieur, Theodore Moustakas Chair Professor in Photonics and Optoelectronics at Boston University
