Electrode flexible et nanostructure. Crédit :CC-BY-NC
Connaître l'état des cellules de mammifères, en particulier les cellules nerveuses, dépend des progrès des interfaces basées sur les nanotechnologies. La nanotechnologie offre de nouvelles possibilités techniques pour démêler les voies de connectivité du système nerveux en ajoutant des fonctionnalités à l'échelle nanométrique pour une interface plus intime avec les neurones. À cet égard, des microélectrodes non invasives de conception améliorée et de faible impédance sont fortement souhaitées. Jusqu'à présent, des électrodes flexibles ont été proposées, mais seuls quelques-uns allient flexibilité à la fois à la nanostructure et à une faible impédance.
Une équipe de chercheurs coordonnée par l'institut IMDEA Nanociencia a conçu des électrodes métalliques minces flexibles avec nanotopographie qui pourraient être une solution. La surface d'électrode proposée est nanostructurée par des réseaux de nanofils métalliques verticaux pour améliorer les performances en réduisant l'impédance et en interfaçant plus intimement les neurones individuels par rapport aux électrodes plates conventionnelles. Ces électrodes peuvent être facilement intégrées à la surface d'interfaces neuronales déjà existantes pour une implantation chronique, minimiser le risque de réactions aux corps étrangers et d'encapsulation gliale à long terme, et prolongeant ainsi la durée de vie des implants médicaux.
Les électrodes pourraient trouver une application dans les technologies pour les maladies neurodégénératives. La majorité des maladies neuronales sont chroniques ou dégénératives et produisent des handicaps cognitifs et moteurs très importants. Des électrodes aux caractéristiques particulières sont nécessaires pour étudier le système neuronal et interagir avec lui, à la recherche de connaissances et de thérapies. Lucas Perez, co-auteur de la publication et chercheur à IMDEA Nanociencia déclare :« Ce que nous avons développé est une nouvelle approche pour fabriquer des électrodes nanostructurées, facile à fabriquer et à intégrer, qui combinent toutes les propriétés attendues pour les électrodes neurales :flexible, robuste, avec une faible impédance et une invasivité réduite." María Concepción Serrano, co-auteur et chercheur à l'ICMM-CSIC ajoute :"Avec une architecture conçue à des dimensions plus proches de celles des composants cellulaires, ces électrodes démontrent de bonnes réponses des cellules neurales, y compris l'application d'une stimulation électrique, ouvrant la voie à d'éventuelles utilisations thérapeutiques pour la stimulation et/ou la régénération du tissu neural."
Les neurones « embrassent » les nanoélectrodes. Crédit :Beatriz Rodilla (ICMM-CSIC).
Les maladies neuronales telles que les lésions de la moelle épinière seraient une cible claire pour l'application thérapeutique de ces électrodes. "Nous avons besoin d'une meilleure compréhension de notre système neuronal, nous avons besoin d'outils pour interagir - pour parler - avec les neurones et c'est ce que nous recherchons. A court terme, nous pensons pouvoir améliorer les performances des électrodes actuellement utilisées en neurologie. A l'avenir, rêvons, nous aimerions développer un pontage pour les lésions de la moelle épinière, ", déclare le Dr Pérez. L'amélioration de l'efficacité et de la biocompatibilité des électrodes facilitera et étendra leur utilisation pour le traitement des maladies neurales et pour le développement d'interfaces cerveau-machine.