Une étude menée par SISSA et publiée dans Nature Nanotechnologie rapporte pour la première fois le phénomène de piégeage d'ions par des tapis de graphène et son effet sur la communication entre les neurones. Les chercheurs ont observé une augmentation de l'activité des cellules nerveuses cultivées sur une seule couche de graphène. Combinant approches théoriques et expérimentales, ils ont montré que le phénomène est dû à la capacité du matériau à « piéger » à sa surface plusieurs ions présents dans le milieu environnant, moduler sa composition. Le graphène est le matériau bidimensionnel le plus fin disponible aujourd'hui, caractérisé par d'incroyables propriétés de conductivité, flexibilité et transparence. Bien qu'il y ait de grandes attentes pour ses applications dans le domaine biomédical, très peu de travaux ont analysé ses interactions avec le tissu neuronal.

L'étude menée par SISSA—Scuola Internazionale Superiore di Studi Avanzati, en association avec l'Université d'Anvers (Belgique), l'Université de Trieste et l'Institut des sciences et technologies de Barcelone (Espagne). Les chercheurs ont analysé le comportement des neurones cultivés sur une seule couche de graphène, constatant un renforcement de leur activité. Par des approches théoriques et expérimentales, les chercheurs ont montré qu'un tel comportement est dû à une mobilité réduite des ions, notamment de potassium, à l'interface neurone-graphène. Ce phénomène est communément appelé piégeage d'ions, déjà compris au niveau théorique, mais observé expérimentalement pour la première fois seulement maintenant.

"C'est comme si le graphène se comportait comme un aimant ultra-mince à la surface duquel certains des ions potassium présents dans la solution extracellulaire entre les cellules et le graphène restent piégés. C'est cette petite variation qui détermine l'augmentation de l'excitabilité neuronale, " dit Denis Scaini, un chercheur de SISSA qui a dirigé l'étude aux côtés de Laura Ballerini.

L'étude a également montré que ce renforcement se produit lorsque le graphène lui-même est soutenu par un isolant, comme le verre, ou suspendu en solution alors qu'il disparaît lorsqu'il repose sur un conducteur. « Le graphène est un matériau hautement conducteur qui pourrait potentiellement être utilisé pour revêtir n'importe quelle surface. Comprendre comment son comportement varie en fonction du substrat sur lequel il est posé est essentiel pour ses applications futures, par dessus tout, dans le domaine neurologique. Compte tenu des propriétés uniques du graphène, il est naturel de penser, par exemple, sur le développement d'électrodes innovantes pour la stimulation cérébrale ou les dispositifs visuels, " dit Scaïni.

C'est une étude avec un double résultat. Laura Ballerini dit, "Cet effet 'piège à ions' n'a été décrit qu'en théorie. Étudier l'impact de la technologie des matériaux sur les systèmes biologiques, nous avons documenté un mécanisme de régulation de l'excitabilité membranaire, mais en même temps, nous avons également décrit expérimentalement une propriété du matériau à travers la biologie des neurones."