Des avancées biomédicales grâce à l'utilisation du graphène

La demande croissante dans le domaine des services de santé crée un besoin en termes de solutions innovantes. Le graphène ouvre la voie grâce à des technologies capables de détecter, traiter et gérer les maladies du système nerveux à l'aide d'implants neuronaux.

Substance la plus fine, la plus forte, mais aussi la plus légère qui soit, le graphène est imperméable aux molécules et peut être modifié chimiquement. En plus de leur grande surface et de leur biocompatibilité, ces propriétés uniques font du graphène un matériau de départ très prometteur pour de nombreuses applications biomédicales.

Le Work Package du Graphene Flagship intitulé Biomedical Technologies, dirigé par les professeurs Kostas Kostarelos du Laboratoire de nanomédecine de l'Université de Manchester (Royaume-Uni) et Jose A Garrido de l'Institut catalan de nanoscience et nanotechnologie (Espagne), s'intéresse à l'utilisation du graphène et des matériaux apparentés au graphène dans la conception de dispositifs à implants neuronaux pour l'enregistrement et la stimulation de l'activité électrique, associés à l'administration localisée de médicaments. Comme l'explique le professeur Kostarelos: "L'objectif de ce Work Package est de développer la prochaine génération d'implants neuronaux combinant des fonctionnalités d'enregistrement et de stimulation avec des capacités thérapeutiques."

Les implants neuronaux sont apparus comme une approche prometteuse pour la détection, la surveillance et le traitement (par stimulation électrique) de nombreux troubles moteurs et sensoriels du système nerveux central et périphérique. Ces implants servent d'interface entre le tissu nerveux, les fibres nerveuses ou les neurones individuels et les dispositifs externes, utilisés pour enregistrer, surveiller et stimuler l'activité cérébrale afin d'intervenir au niveau des fonctions du système nerveux central.

Des dispositifs innovants à base de graphène

Les activités de recherche de scientifiques européens de renom impliqués dans ce projet du Graphene Flagship se sont concentrées sur l'ingénierie des matériaux, la technologie et les fonctionnalités des implants pour des applications dans les domaines de la neurologie, de l'ophtalmologie et de la chirurgie. Leur objectif est de mettre en œuvre ces dispositifs pour le diagnostic et le traitement de diverses maladies telles que l'épilepsie, la maladie de Parkinson, la cécité, la polyarthrite rhumatoïde et le diabète.

Le graphène est un substrat polyvalent qui peut prendre de nombreuses formes avec des propriétés différentes, et s'avère excellent pour générer des matériaux 2D susceptibles d'être utilisés dans des dispositifs d'enregistrement et de stimulation. La conductivité électrique et la flexibilité des nanofeuilles de graphène monocouches facilitent grandement l'enregistrement de l'activité électrique dans le tissu nerveux, avec une grande fidélité.

Pour la stimulation électrique du système nerveux – comme dans le cas des patients atteints de la maladie de Parkinson qui ne répondent pas à la lévodopa – les scientifiques ont opté pour une faible teneur en oxyde de graphène. L'oxyde de graphène produit des substrats nanométriques à la fois souples et poreux, capables de fournir une stimulation plus longue. Les partenaires de ce Work Package étudient cette technologie afin de développer un implant rétinien pour les personnes ayant perdu la vue à cause d'une maladie rétinienne. Une caméra recueille des images de l'environnement et les convertit sous forme de stimulations électriques, transmises par des microélectrodes en graphène.

De plus, les caractéristiques ajustables du graphène en suspension et sa capacité à être fonctionnalisé avec de l'oxygène peuvent être exploitées pour l'administration de médicaments. Les médicaments anti-inflammatoires, les neurotransmetteurs ou les attracteurs neuronaux sont liés à des feuilles de graphène revêtues d'hydrogel et libérés à des vitesses différentes lors de l'implantation.

L'avenir du graphène dans le domaine biomédical

La recherche sur l'utilisation du graphène et des matériaux 2D pour les applications biomédicales se développe dans divers domaines, des dispositifs portables de suivi médical à l'administration de médicaments en passant par les diagnostics de cancer. Les travaux de recherche du Work Package intitulé Biomedical Technologies sont basés sur les propriétés extraordinaires du graphène, qui en font un candidat idéal pour l'enregistrement et la stimulation des tissus nerveux dans le cas de pathologies comme la maladie de Parkinson et l'épilepsie.

"Le graphène ouvre indéniablement la voie à de nouveaux diagnostics et traitements, et contribue à améliorer la qualité de vie de millions de patients dans le monde", conclut le professeur Kostarelos. Se tournant vers l'avenir, il souligne que "la collaboration avec l'industrie est essentielle pour guider les innovations et orienter les efforts de recherche vers des applications offrant les perspectives les plus prometteuses possibles sur le plan commercial".