Un nouveau type d'implant cérébral pourrait avoir des implications à la fois pour la recherche sur le cerveau et pour les futurs traitements de maladies neurologiques telles que l'épilepsie.
Des chercheurs du DTU, de l'Université de Copenhague, de l'University College de Londres et d'autres institutions ont développé une électrode cérébrale longue et fine avec des canaux, appelée Axialtrode microfluidique (mAxialtrode), du nom de sa capacité à distribuer des interfaces fonctionnelles le long de l'implant, permettant à la fois l'enregistrement du signal neuronal et l'administration précisément ciblée de médicaments dans différentes régions du cerveau.
Les résultats de la recherche ont été publiés dans la célèbre revue Advanced Science.
La technologie a été principalement développée pour la recherche fondamentale sur le cerveau. Cela peut aider les chercheurs à mieux comprendre comment les signaux se déplacent à travers les couches du cerveau, par exemple en cas d'épilepsie, de mémoire ou de prise de décision. À plus long terme, les chercheurs soulignent que la mAxialtrode pourrait être importante pour le traitement, par exemple dans l'administration ciblée de médicaments combinée à une stimulation électrique ou lumineuse de zones spécifiques du cerveau.
Le postdoc Kunyang Sui, qui a dirigé le développement du concept mAxialtrode avec le professeur agrégé Christos Markos, souligne qu'il a permis de combiner plusieurs fonctions dans un seul implant, ce qui rend la recherche sur le cerveau moins invasive et plus précise.
La plupart des implants cérébraux actuels sont basés sur des matériaux durs tels que le silicium, qui peuvent irriter le cerveau et déclencher des réactions inflammatoires dans les tissus. Le nouvel implant se distingue par le fait qu'il est constitué de fibres optiques souples ressemblant à du plastique et possède une pointe spécialement inclinée qui le rend plus petit et réduit les dommages causés lorsqu'il est placé dans le cerveau.
Postdoc Kunyang Sui
Il souligne que des tests approfondis, des développements ultérieurs et des approbations sont encore nécessaires avant que la technologie puisse être utilisée dans la pratique clinique.
Aujourd’hui, les chercheurs sur le cerveau utilisent souvent des fibres optiques conventionnelles à extrémité plate. Il s'agit de fines fibres de verre ou de plastique qui peuvent conduire la lumière profondément dans le cerveau, par exemple pour ce qu'on appelle l'optogénétique, où les cellules nerveuses sont activées par la lumière. L’inconvénient est que ce type de fibre n’affecte le cerveau qu’à un seul endroit : à l’extrémité.
L'extrémité la plus externe est appelée la pointe distale, en d'autres termes, le « nez » de la fibre. Toute émission de lumière et tout contact avec le tissu cérébral ont lieu ici. Cela signifie que les chercheurs ne peuvent stimuler ou mesurer l’activité que dans une seule couche du cerveau à la fois, même si de nombreuses fonctions cérébrales importantes impliquent une interaction entre plusieurs couches et zones plus profondes.
Comment la technologie est construite
La mAxialtrode, fine comme une aiguille, est fabriquée à l'aide d'un processus dans lequel une grande tige de polymère est chauffée et étirée en une fibre très fine. Le processus peut être comparé à la fabrication de fil de sucre, mais avec beaucoup plus de précision. Au milieu se trouve un noyau qui conduit la lumière. Autour de lui se trouvent huit canaux microscopiques pouvant transporter des fluides et également accueillir des fils métalliques très fins pour les mesures électriques.
La fibre a moins d’un demi-millimètre d’épaisseur et est si flexible qu’elle se déplace avec le cerveau au lieu de couper les tissus. La différence de rigidité est importante car les implants durs déclenchent souvent des réactions inflammatoires dans le cerveau au fil du temps.
Une technologie éprouvée
Les chercheurs ont testé la technologie non seulement en laboratoire, mais également « in vivo », c'est-à-dire chez la souris. Ici, l'électrode cérébrale a été implantée dans le cerveau et connectée à des sources de lumière, à des équipements de mesure et à de petites pompes pour l'approvisionnement en fluide.
Les expériences ont montré que les chercheurs pouvaient stimuler les cellules nerveuses avec de la lumière bleue et rouge, mesurer simultanément l’activité électrique des couches cérébrales superficielles et plus profondes, telles que le cortex cérébral et l’hippocampe, et injecter différentes substances à différentes profondeurs, jusqu’à près de trois millimètres l’une de l’autre. Tous les examens et stimulations pourraient être effectués avec une seule fibre légère que les animaux pourraient porter sans aucun signe évident d'inconfort.
Les expériences in vivo et la validation neurophysiologique ont été réalisées en étroite collaboration avec le professeur agrégé Rune W. Berg de l'Université de Copenhague et le professeur agrégé Rob C. Wykes de l'University College de Londres, qui ont apporté leur expertise en analyse de circuits neuronaux et en modèles pertinents pour l'épilepsie.
Les chercheurs à l'origine de l'électrode cérébrale sont en train de breveter la technologie sous-jacente et de clarifier les possibilités de tester l'électrode sur des patients dans un service clinique.
