Bioélectronique vivante :des capteurs cutanés intelligents qui détectent et guérissent

Université de Chicago, Illinois

Jiuyun Shi tient un petit appareil qu'il a inventé avec une équipe de scientifiques de l'Université de Chicago et qui intègre des cellules vivantes, du gel et des capteurs pour créer une « bioélectronique vivante » pour guérir la peau. (Image :Jiuyun Shi et Bozhi Tian)

Depuis des années, le laboratoire du professeur Bozhi Tian apprend à intégrer le monde de l'électronique – rigide, métallique, encombrant – avec le monde du corps – doux, flexible, délicat.

Dans leurs derniers travaux, ils ont créé un prototype pour ce qu'ils appellent la « bioélectronique vivante » :une combinaison de cellules vivantes, de gel et d'électronique pouvant s'intégrer aux tissus vivants.

Les patchs sont constitués de capteurs, de cellules bactériennes et d’un gel à base d’amidon et de gélatine. Des tests sur des souris ont révélé que les appareils pouvaient surveiller et améliorer en permanence les symptômes de type psoriasis, sans irriter la peau.

"Il s'agit d'un pont avec la bioélectronique traditionnelle, qui intègre des cellules vivantes dans le cadre de la thérapie", a déclaré Jiuyun Shi, co-premier auteur de l'article et ancien doctorant. étudiant dans le laboratoire de Tian (maintenant avec l'Université de Stanford).

"Nous sommes très excités car cela a pris une décennie et demie en préparation", a déclaré Tian.

Les chercheurs espèrent que ces principes pourront également être appliqués à d’autres parties du corps, comme la stimulation cardiologique ou neuronale. L'étude a été publiée dans Science.

Associer l’électronique au corps humain a toujours été difficile. Bien que des appareils comme les stimulateurs cardiaques aient amélioré d’innombrables vies, ils ont leurs inconvénients; les appareils électroniques ont tendance à être volumineux et rigides et peuvent provoquer des irritations.

Mais le laboratoire de Tian se spécialise dans la découverte des principes fondamentaux qui sous-tendent la façon dont les cellules et les tissus vivants interagissent avec les matériaux synthétiques ; leurs travaux antérieurs comprenaient un minuscule stimulateur cardiaque qui peut être contrôlé avec des matériaux légers et solides mais flexibles qui pourraient constituer la base d'implants osseux.

Dans cette étude, ils ont adopté une nouvelle approche. Généralement, la bioélectronique se compose des composants électroniques eux-mêmes, plus une couche douce pour les rendre moins irritants pour le corps.

Mais le groupe de Tian s’est demandé s’il était possible d’ajouter de nouvelles capacités en intégrant un troisième composant :les cellules vivantes elles-mêmes. Le groupe a été intrigué par les propriétés curatives de certaines bactéries telles que S. epidermidis, un microbe qui vit naturellement sur la peau humaine et dont il a été démontré qu'il réduit l'inflammation.

Un patch ultra fin intègre un circuit électronique flexible, un gel à base d'amidon de tapioca et de gélatine, ainsi que de bonnes bactéries qui aident à traiter les affections cutanées. (Image :Jiuyun Shi et Bozhi Tian)

Ils ont créé un appareil composé de trois composants. Le cadre est un circuit électronique fin et flexible doté de capteurs. Il est recouvert d'un gel créé à partir d'amidon de tapioca et de gélatine, qui est ultradoux et imite la composition du tissu lui-même. Enfin, S. épiderme les microbes sont cachés dans le gel.

Lorsque l'appareil est placé sur la peau, les bactéries sécrètent des composés qui réduisent l'inflammation, et le capteur surveille la peau à la recherche de signaux tels que la température et l'humidité de la peau.

Lors de tests effectués sur des souris sujettes à des affections cutanées de type psoriasis, une réduction significative des symptômes a été constatée.

Leurs premiers tests ont duré une semaine, mais les chercheurs espèrent que le système, qu'ils appellent la plateforme ABLE, pour Active Biointegrated Living Electronics, pourra être utilisé pendant six mois ou plus. Pour rendre le traitement plus pratique, ont-ils déclaré, l'appareil peut être lyophilisé pour le stockage et facilement réhydraté en cas de besoin.

Puisque les effets curatifs sont fournis par des microbes, « c’est comme un médicament vivant :vous n’avez pas besoin de le recharger », a déclaré Saehyun Kim, l’autre co-premier auteur de l’article et actuellement doctorant. étudiant dans le laboratoire de Tian.

En plus de traiter le psoriasis, les scientifiques peuvent envisager des applications telles que des patchs pour accélérer la cicatrisation des patients diabétiques.

Ils espèrent également étendre l’approche à d’autres types de tissus et types de cellules. « Par exemple, pourriez-vous créer un dispositif produisant de l’insuline ou un dispositif interfaçant avec les neurones ? » dit Tian. "Il existe de nombreuses applications potentielles."

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