Un capteur implantable a la vitesse et la précision nécessaires pour suivre une substance chimique du cerveau connue pour être élevée dans certaines maladies du cerveau et après une lésion de la moelle épinière. Crédit :Image de l'Université Purdue/Tran Nguyen
Vos chances d'avoir une méchante migraine augmentent à la suite d'une lésion de la moelle épinière, grâce à un messager chimique dans le cerveau qui atteint des niveaux toxiques, des études antérieures ont suggéré.
Pour que le traitement s'améliore, les chercheurs doivent saisir ce pic en une fraction de seconde et suivre de près son chemin de destruction.
Les ingénieurs de l'Université Purdue ont construit un petit capteur flexible qui est plus rapide et plus précis que les tentatives précédentes de suivi de ce produit chimique, appelé glutamate. Le capteur, un dispositif implantable sur la moelle épinière, est avant tout un outil de recherche pour tester sur des modèles animaux, mais pourrait trouver une utilisation clinique future comme moyen de surveiller si un médicament pour les neurotraumatismes ou les maladies du cerveau fonctionne.
Les travaux du groupe sont publiés dans un prochain numéro de Biocapteurs et bioélectronique .
"Quand tu as l'impression d'avoir de la fièvre, peu importe quand vous vérifiez votre température, elle sera probablement la même pendant plusieurs heures. Mais un pic de glutamate est si rapide que si vous ne le capturez pas à ce moment-là, vous manquez toute l'opportunité d'obtenir des données, " dit Riyi Shi, professeur de neurosciences et de génie biomédical au département des sciences médicales de base de Purdue, Collège de médecine vétérinaire et école de génie biomédical Weldon.
Impacter, comme d'un accident de voiture ou d'un tacle dans le football, peut blesser la moelle épinière, blessant également les structures nerveuses qui transportent le glutamate, qui envoie des signaux pour exciter le tissu nerveux pour effectuer des fonctions telles que l'apprentissage et la mémorisation.
Des structures nerveuses endommagées signifient que des charges de glutamate s'échappent dans des espaces à l'extérieur des cellules, les surexciter et les endommager. Maladies du cerveau, dont Alzheimer et Parkinson, montrent également des niveaux élevés de glutamate.
Jusqu'à présent, les appareils n'ont pas été assez sensibles pour détecter le glutamate, suffisamment rapide pour capturer son pic ou suffisamment abordable pour des projets de recherche à long terme.
Les chercheurs de Purdue s'attaquent à ces problèmes grâce à des capteurs implantables qu'ils ont imprimés en 3D et micro-usinés au laser, des processus déjà utilisés régulièrement en laboratoire et dans l'industrie.
« Nous voulions créer un moyen peu coûteux et très rapide de construire ces capteurs afin de pouvoir facilement fournir aux chercheurs un moyen de mesurer les niveaux de glutamate in vivo, " a déclaré Hugh Lee, un professeur adjoint Purdue de génie biomédical, qui se concentre sur les microtechnologies implantables.
La technique permet aux chercheurs de changer rapidement la taille, forme et l'orientation des capteurs, puis tester sur des modèles animaux sans avoir à passer par le processus plus coûteux de microfabrication.
La mesure des niveaux in vivo aiderait les chercheurs à étudier comment se produisent les lésions de la moelle épinière, ainsi que la façon dont les maladies du cerveau se développent.
Une nouvelle technologie de capteurs implantée dans des modèles animaux peut aider les chercheurs à comprendre le rôle que joue le glutamate chimique du cerveau dans les traumatismes neurologiques, conseiller un traitement plus spécialisé. Crédit :Image de l'Université Purdue/Tran Nguyen
« À quel point la migraine est-elle un problème ? Y a-t-il vraiment trop de glutamate derrière la douleur ? ou est-ce que le système qui nettoie le glutamate est en panne ?", a déclaré Shi.
Les chercheurs ont implanté le dispositif dans la moelle épinière d'un modèle animal, puis ont blessé la moelle pour observer une pointe. L'appareil a immédiatement capturé la pointe, alors que pour les appareils actuels, les chercheurs ont dû attendre 30 minutes pour obtenir des données après avoir endommagé la moelle épinière.
À l'avenir, les chercheurs prévoient de créer un moyen pour les biocapteurs de se débarrasser des cellules inflammatoires que le corps recrute pour se protéger. Ces cellules forment généralement une capsule fibreuse autour du biocapteur, qui bloque sa sensibilité.
La technologie pourrait également permettre d'implanter plus de capteurs le long de la moelle épinière, ce qui aiderait les chercheurs à savoir dans quelle mesure le glutamate se propage et à quelle vitesse.
Les chercheurs ont déposé une demande de brevet pour cet appareil auprès du Purdue Research Foundation Office of Technology Commercialization. Le travail a été soutenu par le programme Global Research Outreach du Samsung Advanced Institute of Technology, les instituts nationaux de la santé, et parrainé en partie par la National Science Foundation sous la subvention CNS-1726865.
