Des chercheurs en ingénierie de l'Université du Texas à Austin ont conçu des conceptions ultra-flexibles, des sondes cérébrales à fil nanoélectronique (NET) qui peuvent obtenir un enregistrement neuronal à long terme plus fiable que les sondes existantes et ne provoquent pas la formation de cicatrices lorsqu'elles sont implantées. Les chercheurs ont décrit leurs découvertes dans un article de recherche publié le 15 février dans Avancées scientifiques .

Une équipe dirigée par Chong Xie, professeur adjoint au Département de génie biomédical de la Cockrell School of Engineering, et Lan Luan, chercheur à la Cockrell School et au College of Natural Sciences, ont développé de nouvelles sondes qui ont des compliances mécaniques proches de celles du tissu cérébral et sont supérieures à 1, 000 fois plus flexible que les autres sondes neuronales. Cette ultra-flexibilité conduit à une capacité améliorée à enregistrer et à suivre de manière fiable l'activité électrique des neurones individuels pendant de longues périodes. Il existe un intérêt croissant pour le développement d'un suivi à long terme de neurones individuels pour des applications d'interface neuronale, telles que l'extraction de signaux de contrôle neuronal pour les amputés afin de contrôler des prothèses hautes performances. Il ouvre également de nouvelles possibilités pour suivre la progression des maladies neurovasculaires et neurodégénératives telles que les accidents vasculaires cérébraux, Maladies de Parkinson et d'Alzheimer.

L'un des problèmes des sondes conventionnelles est leur taille et leur rigidité mécanique; leurs dimensions plus grandes et leurs structures plus rigides provoquent souvent des dommages autour du tissu qu'ils englobent. En outre, alors qu'il est possible pour les électrodes conventionnelles d'enregistrer l'activité cérébrale pendant des mois, ils fournissent souvent des enregistrements peu fiables et dégradants. Il est également difficile pour les électrodes conventionnelles de suivre électrophysiologiquement des neurones individuels pendant plus de quelques jours.

En revanche, les électrodes de l'équipe de l'UT Austin sont suffisamment flexibles pour se conformer aux mouvements microscopiques des tissus tout en restant en place. La taille de la sonde réduit également considérablement le déplacement des tissus, donc l'interface du cerveau est plus stable, et les lectures sont plus fiables pour des périodes plus longues. A la connaissance des chercheurs, la sonde UT Austin, aussi petite que 10 microns pour une épaisseur inférieure à 1 micron, et a une section transversale qui n'est qu'une fraction de celle d'un neurone ou d'un capillaire sanguin - est la plus petite de toutes les sondes neurales.

"Ce que nous avons fait dans nos recherches, c'est prouver que nous pouvons supprimer la réaction tissulaire tout en maintenant un enregistrement stable, " dit Xie. " Dans notre cas, parce que les électrodes sont très, très souple, nous ne voyons aucun signe de lésion cérébrale - les neurones sont restés en vie même au contact des sondes NET, les cellules gliales sont restées inactives et le système vasculaire n'a pas fui."

Dans des expériences sur des modèles murins, les chercheurs ont découvert que la flexibilité et la taille de la sonde empêchaient l'agitation des cellules gliales, qui est la réaction biologique normale à un corps étranger et conduit à des cicatrices et à une perte neuronale.

"La partie la plus surprenante de notre travail est que le tissu cérébral vivant, le système biologique, ça ne dérange vraiment pas d'avoir un appareil artificiel pendant des mois, " dit Luan.

Les chercheurs ont également utilisé des techniques d'imagerie avancées en collaboration avec le professeur de génie biomédical Andrew Dunn et les neuroscientifiques Raymond Chitwood et Jenni Siegel de l'Institute for Neuroscience de l'UT Austin pour confirmer que l'interface neuronale activée par NET ne s'est pas dégradée dans le modèle de souris pendant plus de quatre mois de expériences. Les chercheurs prévoient de continuer à tester leurs sondes dans des modèles animaux et espèrent éventuellement se lancer dans des tests cliniques. La recherche a reçu un financement du programme de subventions de démarrage UT BRAIN, le ministère de la Défense et les instituts nationaux de la santé.