C'est une notion qui pourrait être tirée des pages d'un roman de science-fiction - des appareils électroniques qui peuvent être injectés directement dans le cerveau, ou d'autres parties du corps, et traiter tout, des troubles neurodégénératifs à la paralysie.

Cela semble peu probable, jusqu'à ce que vous visitiez le laboratoire de Charles Lieber.

Une équipe de chercheurs internationaux, dirigé par Lieber, le Mark Hyman, Professeur junior de chimie, une équipe internationale de chercheurs a développé une méthode de fabrication d'échafaudages électroniques à l'échelle nanométrique pouvant être injectés à l'aide d'une seringue. Une fois connecté aux appareils électroniques, les échafaudages peuvent être utilisés pour surveiller l'activité neuronale, stimuler les tissus et même favoriser les régénérations des neurones. L'étude est décrite dans un article du 8 juin dans Nature Nanotechnologie .

Jia Liu, Tian Ming Fu, Zengguang Cheng, Guosong Hong, Tao Zhou, Lihua Jin, Madhavi Duvvuri, Zhe Jiang, Pierre Kruskal, Chong Xie, Zhigang Suo, Ying Croc

"Je pense que cela a le potentiel d'être révolutionnaire, " Lieber a déclaré. "Cela ouvre une toute nouvelle frontière où nous pouvons explorer l'interface entre les structures électroniques et la biologie. Depuis trente ans, les gens ont apporté des améliorations progressives aux techniques de micro-fabrication qui nous ont permis de fabriquer des sondes rigides de plus en plus petites, mais personne n'a abordé cette question - l'interface électronique/cellulaire - au niveau auquel la biologie fonctionne."

L'idée de fusionner le biologique avec l'électronique n'est pas nouvelle pour Lieber.

Dans une étude antérieure, les scientifiques du laboratoire de Lieber ont démontré que les échafaudages pouvaient être utilisés pour créer du tissu « cyborg » - lorsque les cellules cardiaques ou nerveuses étaient cultivées avec des échafaudages intégrés. Les chercheurs ont ensuite pu utiliser les appareils pour enregistrer les signaux électriques générés par les tissus, et pour mesurer les changements de ces signaux lorsqu'ils administraient des médicaments cardio- ou neuro-stimulants.

« Nous avons pu démontrer que nous pouvions fabriquer cet échafaudage et y cultiver des cellules, mais nous ne savions pas vraiment comment l'insérer dans un tissu préexistant, " dit Lieber. " Mais si vous voulez étudier le cerveau ou développer les outils pour explorer l'interface cerveau-machine, vous devez coller quelque chose dans le corps. Lors de la libération complète de l'échafaudage électronique du substrat de fabrication, nous avons remarqué qu'il était presque invisible et très flexible comme un polymère et pouvait littéralement être aspiré dans une aiguille en verre ou une pipette. De là, nous avons simplement demandé, serait-il possible de délivrer l'électronique maillée par injection d'aiguille de seringue, un processus commun à la livraison de nombreuses espèces en biologie et en médecine - vous pouvez aller chez le médecin et vous injecter cela et vous êtes branché.'"

Bien qu'il ne s'agisse pas des premières tentatives d'implantation d'électronique dans le cerveau - la stimulation cérébrale profonde est utilisée pour traiter une variété de troubles depuis des décennies - les échafaudages nano-fabriqués fonctionnent à une échelle complètement différente.

"Les techniques existantes sont grossières par rapport à la façon dont le cerveau est câblé, " Lieber a expliqué. " Qu'il s'agisse d'une sonde en silicone ou de polymères flexibles... ils provoquent une inflammation dans les tissus qui nécessite de changer périodiquement la position ou la stimulation. Mais avec notre électronique injectable, c'est comme s'il n'y était pas du tout. They are one million times more flexible than any state-of-the-art flexible electronics and have subcellular feature sizes. They're what I call "neuro-philic" - they actually like to interact with neurons.."

Despite their enormous potential, the fabrication of the injectable scaffolds is surprisingly easy.

"That's the beauty of this - it's compatible with conventional manufacturing techniques, " Lieber said.

The process is similar to that used to etch microchips, and begins with a dissolvable layer deposited on a substrate. To create the scaffold, researchers lay out a mesh of nanowires sandwiched in layers of organic polymer. The first layer is then dissolved, leaving the flexible mesh, which can be drawn into a syringe needle and administered like any other injection.

After injection, the input/output of the mesh can be connected to standard measurement electronics so that the integrated devices can be addressed and used to stimulate or record neural activity.

"These type of things have never been done before, from both a fundamental neuroscience and medical perspective, " Lieber said. "It's really exciting - there are a lot of potential applications."

Aller de l'avant, Lieber said, researchers hope to better understand how the brain and other tissues react to the injectable electronics over longer periods.

Harvard's Office of Technology Development has filed for a provisional patent on the technology and is actively seeking commercialization opportunities.

"Having those results can prove that this is really a viable technology, " Lieber said. "The idea of being able to precisely position and record from very specific areas, or even from specific neurons over an extended period of time - this could, Je pense, make a huge impact on neuroscience."