Les fibres implantables ont été une énorme aubaine pour la recherche sur le cerveau, permettant aux scientifiques de stimuler des cibles spécifiques dans le cerveau et de surveiller les réponses électriques. Mais des études similaires dans les nerfs de la moelle épinière, qui pourraient finalement conduire à des traitements pour soulager les lésions de la moelle épinière, ont été plus difficiles à réaliser. C'est parce que la colonne vertébrale fléchit et s'étire lorsque le corps bouge, et le relativement rigide, les fibres fragiles utilisées aujourd'hui pourraient endommager le tissu délicat de la moelle épinière.

Maintenant, les chercheurs ont développé une fibre semblable à du caoutchouc qui peut fléchir et s'étirer tout en délivrant simultanément les deux impulsions optiques, pour la stimulation optoélectronique, et branchements électriques, pour la stimulation et la surveillance. Les nouvelles fibres sont décrites dans un article du journal Avancées scientifiques , par les étudiants diplômés du MIT Chi (Alice) Lu et Seongjun Park, Professeur Polina Anikeeva, et huit autres au MIT, l'Université de Washington, et l'Université d'Oxford.

"Je voulais créer une interface multimodale avec des propriétés mécaniques compatibles avec les tissus, pour la stimulation et l'enregistrement neuronaux, " comme un outil pour mieux comprendre les fonctions de la moelle épinière, dit Lou. Mais il était essentiel que l'appareil soit extensible, parce que "la moelle épinière ne se plie pas seulement mais s'étire également pendant le mouvement". Le choix évident serait une sorte d'élastomère, un composé caoutchouteux, mais la plupart de ces matériaux ne sont pas adaptables au procédé de fibrage, qui transforme un paquet de matériaux relativement volumineux en un fil qui peut être plus étroit qu'un cheveu.

La moelle épinière « subit des étirements d'environ 12 % au cours d'un mouvement normal, " dit Anikeeva, qui est le professeur de développement de carrière de la promotion 1942 au Département de science et de génie des matériaux. "Vous n'avez même pas besoin d'entrer dans une" position de chien vers le bas " [position de yoga] pour avoir de tels changements." Donc, trouver un matériau qui peut correspondre à ce degré d'élasticité pourrait potentiellement faire une grande différence pour la recherche. "L'objectif était d'imiter l'élasticité, la douceur et la flexibilité de la moelle épinière, " dit-elle. " Vous pouvez assortir l'élasticité avec un caoutchouc. Mais dessiner du caoutchouc est difficile - la plupart d'entre eux fondent simplement, " elle dit.

"Finalement, nous aimerions pouvoir utiliser quelque chose comme ça pour lutter contre les lésions de la moelle épinière. Mais d'abord, nous devons avoir une biocompatibilité et pouvoir supporter les contraintes de la moelle épinière sans causer de dommages, " elle dit.

L'équipe a combiné un élastomère transparent nouvellement développé, qui pourrait servir de guide d'ondes pour les signaux optiques, et un revêtement formé d'un maillage de nanofils d'argent, produire une couche conductrice pour les signaux électriques. Pour traiter l'élastomère transparent, le matériau a été noyé dans une gaine polymère qui lui a permis d'être étiré en une fibre qui s'est avérée hautement extensible ainsi que flexible, dit Lu. Le revêtement est dissous après le processus de dessin.

Après tout le processus de fabrication, ce qui reste est la fibre transparente avec conducteur électrique, revêtements de nanofils extensibles. "C'est vraiment juste un morceau de caoutchouc, mais conducteur, " dit Anikeeva. La fibre peut s'étirer d'au moins 20 à 30 pour cent sans affecter ses propriétés, elle dit.

Les fibres sont non seulement extensibles mais aussi très flexibles. "Ils sont si souples, vous pouvez les utiliser pour faire des sutures et fournir de la lumière en même temps, " elle dit.

"Nous sommes les premiers à développer quelque chose qui permet l'enregistrement électrique et la stimulation optique simultanés dans la moelle épinière des souris se déplaçant librement, " dit Lu. "Nous espérons donc que nos travaux ouvriront de nouvelles voies pour la recherche en neurosciences." Les scientifiques qui font des recherches sur les lésions ou les maladies de la moelle épinière doivent généralement utiliser des animaux plus gros dans leurs études, parce que les fibres nerveuses plus grosses peuvent résister aux fils plus rigides utilisés pour le stimulus et l'enregistrement. Alors que les souris sont généralement beaucoup plus faciles à étudier et disponibles dans de nombreuses souches génétiquement modifiées, il n'existait auparavant aucune technologie permettant de les utiliser pour ce type de recherche, elle dit.

« Il existe de nombreux types de cellules différentes dans la moelle épinière, et nous ne savons pas comment les différents types réagissent à la récupération, ou manque de récupération, après une blessure, " dit-elle. Ces nouvelles fibres, les chercheurs espèrent, pourrait aider à combler certains de ces blancs.

Cette histoire est republiée avec l'aimable autorisation de MIT News (web.mit.edu/newsoffice/), un site populaire qui couvre l'actualité de la recherche du MIT, innovation et enseignement.