Des scientifiques coréens dévoilent une interface neurale 3D flexible : surveillance cérébrale en temps réel et administration contrôlée de médicaments

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

Être capable de mesurer l'activité électrique du cerveau nous a aidés à acquérir une bien meilleure compréhension des processus, fonctions et 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 depuis l'intérieur du cerveau lui-même (via des dispositifs d'interface neurale) 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 neurales 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, devraient être flexibles mais assez durables pour résister à l'environnement relativement dur dans le 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 la performance électrique des électrodes au fil du temps. Mais qu'adviendrait-il si nous avions un moyen pratique d'administrer localement des médicaments 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 délivrer des médicaments liquides au site d'implantation. Contrairement aux dispositifs rigides existants, leur conception a une structure 3D flexible dans laquelle un réseau de microneedles est utilisé pour recueillir de multiples 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 et micromusinant stratégiquement plusieurs couches de polymère, les scientifiques ont réussi à incorporer des canaux microfluidiques sur un plan parallèle aux lignes conductrices. Ces canaux sont connectés à un petit réservoir (qui contient les médicaments à administrer) et peuvent transporter un flux constant de liquide vers les microneedles.

L'équipe a validé leur approche par des expériences d'interface cérébrale sur des rats vivants, suivies d'une analyse de la concentration du médicament dans le tissu autour des aiguilles.

Le développement d'interfaces cérébrales multifonctionnelles durables a des implications à travers de multiples disciplines. « Notre dispositif peut être adapté aux interfaces cerveau-machine, qui permettent aux personnes paralysées de bouger des bras ou des jambes robotiques en utilisant leurs pensées, et pour traiter les maladies neurologiques en utilisant une stimulation électrique et/ou chimique sur des années », a déclaré le Dr Yoo Na Kang de l'Institut coréen de machinerie et matériaux.