Les ingénieurs de la Michigan State University ont obtenu 3,4 millions de dollars de subventions pour développer des implants en diamant qui pourraient permettre aux médecins de diagnostiquer et de traiter la maladie de Parkinson plus tôt.
Wen Li et Erin Purcell de MSU dirigent les efforts visant à utiliser des dispositifs innovants en diamant pour surveiller la biochimie du cerveau pour détecter les signes avant-coureurs de la maladie. Les instituts nationaux de la santé et une subvention de partenariat stratégique MSU financent le travail, qui comprend des tests précliniques des dispositifs chez les rongeurs. À l'aide de ces modèles animaux, l'équipe évaluera la sécurité, la durabilité et les performances des électrodes à base de diamant implantées jusqu'à six mois dans les tissus cérébraux.
Pendant ce temps, les chercheurs auront essentiellement une alimentation en direct des niveaux de dopamine du cerveau, une substance chimique que les neurones utilisent pour communiquer. Les patients atteints de la maladie de Parkinson commencent à perdre de la dopamine avant même l'apparition de symptômes physiques, tels que des tremblements ou des problèmes d'équilibre.
Au moment où les patients atteints de la maladie de Parkinson commencent à remarquer des problèmes avec leur système moteur, ils ont peut-être déjà perdu 60 à 70% de leur taux normal de dopamine. Il s'agit d'une fenêtre d'opportunité inexploitée. Si vous pouvez détecter cette perte plus tôt, vous ouvrez des possibilités de traiter la maladie plus tôt. «
Erin Purcell, professeure agrégée au département de génie biomédical de la MSU et au département de génie électrique et informatique
Bien que la maladie de Parkinson soit l'objectif principal des chercheurs, ils ont ajouté que les dispositifs en diamant pourraient sonder les chimies impliquées dans d'autres maladies et troubles, tels que la toxicomanie, la dépression et la maladie d'Alzheimer.
«Ce type de système révolutionnerait la communauté», a écrit un critique de la proposition de 3 millions de dollars des NIH maintenant approuvée par l'équipe. Le même critique a également commenté la force de l'approche collaborative de l'équipe, déclarant que «l'équipe réunie est bien qualifiée pour mener les travaux proposés».
Cette collaboration commence avec Li et Purcell, qui travaillent ensemble depuis des années. Tous deux appartiennent à l'Institut de MSU pour la science et l'ingénierie de la santé quantitative.
«Nos domaines d'expertise sont complémentaires», a déclaré Li, professeur agrégé au Département de génie électrique et informatique. Les recherches de Li se concentrent sur la fabrication de nouveaux appareils. L'équipe de Purcell possède les compétences nécessaires pour appliquer ces dispositifs à des problèmes biologiques.
Par exemple, le groupe de Li a créé les premières fibres microscopiques au monde entièrement faites de diamant et, en collaboration avec l'équipe de Purcell, a montré que ces fibres peuvent détecter les substances biochimiques du cerveau.
Désormais, les subventions permettront de développer la collaboration. La subvention du NIH comprend Kip Ludwig de l'Université du Wisconsin, ainsi que Collin McKinney et Matthew Verber de l'Université de Caroline du Nord à Chapel Hill, en tant que co-chercheurs.
Originaire du Grand Rapids Research Center de MSU, Caryl Sortwell, professeur au Département de neuroscience translationnelle, a rejoint l'équipe en tant que co-chercheur sur la subvention de partenariat stratégique d'environ 400 000 $. Sortwell est un expert dans le développement de modèles de rongeurs pour les études sur la maladie de Parkinson et dans l'utilisation de ces modèles pour rechercher des moyens de ralentir la progression de la maladie de Parkinson.
Les deux subventions relieront l'équipe aux ressources et aux experts du Fraunhofer USA Center for Coatings and Diamond Technologies à MSU, dont le directeur exécutif John Albrecht et le directeur des opérations Michael Becker. «Nous sommes ravis de faire partie de cette équipe multidisciplinaire dirigée par MSU et sommes impatients de fournir et d'améliorer encore la technologie de base du diamant pour les applications de recherche médicale avancées», a déclaré Becker.
Travailler avec Fraunhofer USA aidera l'équipe à renforcer son approche basée sur le diamant, que les examinateurs et les chercheurs ont souligné comme une autre force des propositions de recherche.
«Le diamant est un matériau tout à fait unique», a déclaré Li, en soulignant sa durabilité. « Cela a le potentiel d'améliorer la stabilité de nos appareils. »
D'autres matériaux d'électrode peuvent se dégrader ou se décomposer au fil du temps lorsqu'ils sont implantés dans des tissus vivants, mais le diamant devrait être suffisamment résistant pour survivre des mois d'implantation, a déclaré Li.
Mais la ténacité peut également être un inconvénient en biologie. Les implants doivent être souples ou flexibles pour ne pas irriter ou endommager les tissus mous.
« La flexibilité est délicate », a déclaré Li. Son équipe a cependant une solution. Ils développent des techniques pour fabriquer des dispositifs diamantés de plus en plus réduits, qui se poursuivront grâce aux nouvelles subventions. « Lorsque les dimensions diminuent, l'appareil devient plus conforme », a déclaré Li.
«Au fur et à mesure qu'il rétrécit, le dispositif devient invisible pour le tissu», a ajouté Purcell. « Vous pouvez le considérer comme une sorte de capteur furtif à l'intérieur du cerveau. »
Si les chercheurs réussissent, ils auront construit un capteur invisible pour repérer les signes précédemment non détectés de la maladie de Parkinson au début de son apparition. Bien que l'équipe soit optimiste, les chercheurs ne prennent pas le succès pour acquis. Il y aura des obstacles lorsqu'il s'agira de détecter de faibles niveaux de dopamine dans des tissus cérébraux réels et vivants en association avec d'autres produits chimiques. Mais l'équipe y est préparée.
« Il y a beaucoup de défis », a déclaré Purcell. « Nous devons voir si le diamant peut les surmonter. »
La source:
Université de Michigan
