Directement dans le cerveau :une interface neuronale 3D multifonctionnelle et flexible

Bien que la mesure de l'activité électrique des neurones soit utile dans de nombreuses disciplines, la fabrication d'implants de puces cérébrales à interface neuronale durables avec des effets indésirables négligeables s'est avérée difficile. Aujourd'hui, des scientifiques coréens ont développé une interface neuronale multifonctionnelle flexible qui peut non seulement enregistrer l'activité cérébrale locale en temps réel, mais également délivrer un flux constant de médicaments via des canaux microfluidiques innovants, réduisant ainsi les réactions tissulaires à la puce. Leur conception pourrait trouver une large application dans les neurosciences et la neuromédecine.

La capacité de mesurer l'activité électrique du cerveau nous a aidés à mieux comprendre les processus, les fonctions et les maladies du cerveau au cours des dernières décennies. Jusqu'à présent, une grande partie de cette activité a été mesurée via des électrodes placées sur le cuir chevelu (par électroencéphalographie (EEG)); cependant, être capable d'acquérir des signaux directement de l'intérieur du cerveau lui-même (par le biais de dispositifs d'interfaçage neuronaux) pendant les activités de la vie quotidienne pourrait amener les neurosciences et la neuromédecine à des niveaux complètement nouveaux. Un revers majeur à ce plan est que, malheureusement, la mise en œuvre d'interfaces neuronales s'est avérée remarquablement difficile.

Les matériaux utilisés dans les minuscules électrodes qui entrent en contact avec les neurones, ainsi que ceux de tous les connecteurs, doivent être flexibles mais suffisamment durables pour résister à l'environnement relativement difficile du corps. Les tentatives précédentes de développement d'interfaces cérébrales durables se sont avérées difficiles car les réponses biologiques naturelles du corps, telles que l'inflammation, dégradent les performances électriques des électrodes au fil du temps. Mais que se passerait-il si nous avions un moyen pratique d'administrer localement des anti-inflammatoires là où les électrodes entrent en contact avec le cerveau ?

L'équipe de chercheurs a développé une nouvelle interface cérébrale multifonctionnelle qui peut simultanément enregistrer l'activité neuronale et administrer des médicaments liquides au site d'implantation. Contrairement aux dispositifs rigides existants, leur conception a une structure 3D flexible dans laquelle un réseau de micro-aiguilles est utilisé pour recueillir plusieurs signaux neuronaux sur une zone, tandis que de fines lignes conductrices métalliques transportent ces signaux vers un circuit externe. L'un des aspects les plus remarquables de cette étude est qu'en empilant stratégiquement et en micro-usinant plusieurs couches de polymères, les scientifiques ont réussi à incorporer des canaux microfluidiques sur un plan parallèle aux lignes conductrices. Ces canaux sont reliés à un petit réservoir (qui contient les médicaments à administrer) et peuvent transporter un flux constant de liquide vers les micro-aiguilles.

L'équipe a validé son approche par des expériences d'interface cérébrale sur des rats vivants, suivies d'une analyse de la concentration de médicament dans les tissus autour des aiguilles.

Le développement d'interfaces cérébrales multifonctionnelles durables a des implications dans plusieurs disciplines. "Notre appareil peut convenir aux interfaces cerveau-machine, qui permettent aux personnes paralysées de déplacer des bras ou des jambes robotiques en utilisant leurs pensées, et pour traiter les maladies neurologiques en utilisant une stimulation électrique et/ou chimique au fil des ans", a déclaré le Dr Yoo Na Kang du Institut coréen des machines et des matériaux.