Une couverture de graphène pour réduire l'inflammation causée par les implants neuronaux
Publié par Redbran le 31/10/2019 à 08:00
Source et illustration: CNRS INP

Des sondes peuvent être introduites dans le cerveau au niveau du cortex afin de suivre l'activité électrique neuronale, à des fins observationnelles ou thérapeutiques. Pour pallier les dommages liés à l'inflammation qui en résulte, les chercheurs ont mis au point (Graphie) une méthode prometteuse d'enrobage des sondes par du graphène (Cet article ne doit pas être confondu avec l’article graphème.).

Les sondes intra-corticales, implantées dans le cortex (En biologie, le cortex (mot latin signifiant écorce) désigne la couche superficielle ou périphérique d'un tissu organique.) cérébral, sont de plus en plus utilisées en recherche médicale (La recherche médicale se divise en recherche fondamentale et clinique.) pour décoder les commandes sensorielles ou motrices afin de pouvoir restaurer des fonctionnalités perdues suite à un traumatisme (Un traumatisme est un dommage de la structure ou du fonctionnement du corps ou du psychisme. Il peut être dû à un agent ou à une force extérieure, de nature physique ou chimique. Il est donc à ce titre la...). Cependant, leur implantation (Le mot implantation peut avoir plusieurs significations :) est invasive et provoque des dommages irréversibles comme la rupture de vaisseaux sanguins, la destruction de réseaux neuronaux et la formation d'une cicatrice (Une cicatrice est la partie visible d'une lésion du derme après que le tissu se soit réparé, suite à une incision effectuée au cours d'une opération...) gliale amenant à un rejet après quelques semaines. En effet, une forte réaction immunitaire conduit à une prolifération autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit...) de l'implant de cellules gliales (les cellules environnant les neurones), créant ainsi une barrière physique (La physique (du grec φυσις, la nature) est étymologiquement la « science de la nature ». Dans un sens général et ancien, la physique désigne la...) entre les neurones et les électrodes d'enregistrement de la sonde (Une sonde spatiale est un vaisseau non habité envoyé par l'Homme pour explorer de plus près des objets du système solaire et, pour certaines, l'espace qui est au-delà. Cela couvre à la fois...), ce qui empêche le fonctionnement de celle-ci.

Une équipe de biophysiciennes et de biophysiciens de l'Institut (Un institut est une organisation permanente créée dans un certain but. C'est habituellement une institution de recherche. Par exemple, le Perimeter Institute for Theoretical Physics est un tel institut.) Néel (CNRS) à Grenoble s'est associée à une équipe de neurophysiologistes de l'École polytechnique fédérale de Lausanne pour développer une méthode simple et originale pour enrober des électrodes intra-corticales commerciales avec un feuillet de graphène obtenu par dépôt à partir d'une vapeur () d'hydrocarbure. Ce matériau (Un matériau est une matière d'origine naturelle ou artificielle que l'homme façonne pour en faire des objets. C'est donc une matière de base sélectionnée...), constitué d'une seule couche atomique de carbone (Le carbone est un élément chimique de la famille des cristallogènes, de symbole C, de numéro atomique 6 et de masse atomique 12,0107.), a de nombreuses qualités et sont exploitées ici sa stabilité chimique et ses propriétés mécaniques de souplesse, sa conductibilité (La conductibilité est la propriété des matériaux à propager la chaleur ou l'électricité.) électrique et sa compatibilité biologique, ainsi qu'une excellente affinité neuronale. L'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) et l'organisation (Une organisation est) des cellules neuronales autour de ces implants ont été suivies durant plusieurs semaines pour des motoneurones (les neurones impliqués dans les commandes motrices). Les électrodes enrobées de graphène se sont montrées plus efficaces et plus durables que les électrodes nues, grâce à une concentration plus faible de cellules gliales, et inversement à une densité (La densité ou densité relative d'un corps est le rapport de sa masse volumique à la masse volumique d'un corps pris comme référence. Le corps de référence est l'eau pure à...) plus importante de neurones autour des implants enrobés par le graphène (figure).

Ces résultats confirment les qualités exceptionnelles du graphène comme interface (Une interface est une zone, réelle ou virtuelle qui sépare deux éléments. L’interface désigne ainsi ce que chaque élément a besoin de connaître de l’autre pour pouvoir fonctionner correctement.) entre le monde (Le mot monde peut désigner :) de l'électronique et le monde du vivant. Cette méthode d'enrobage peut s'appliquer à de nombreux objets, bidimensionnels ou tridimensionnels, et pourrait contribuer à diminuer de manière significative le rejet des sondes neuronales ou d'autres implants utilisés dans de nombreux domaines médicaux.


(a) Images de coupes de cortex moteur de souris (Le terme souris est un nom vernaculaire ambigu qui peut désigner, pour les francophones, avant tout l’espèce commune Mus musculus, connue aussi comme animal de compagnie ou de laboratoire, mais aussi de nombreuses...) implantées montrant l'émission de fluorescence (La fluorescence est une émission lumineuse provoquée par diverses formes d'excitation autres que la chaleur. (on parle parfois de « lumière froide »). Elle peut servir à...) provenant du marquage de cellules gliales (en rouge) et de neurones (en bleu). Cette émission permet de quantifier les deux populations cellulaires autour des sondes de contrôle (Le mot contrôle peut avoir plusieurs sens. Il peut être employé comme synonyme d'examen, de vérification et de maîtrise.) (à droite) et des sondes enrobées de graphène (à gauche), et montrant une réduction significative de la cicatrice gliale grâce au graphène. (b) Statistique (Une statistique est, au premier abord, un nombre calculé à propos d'un échantillon. D'une façon générale, c'est le résultat de...) de fonctionnement des sondes de contrôle (en bleu) et des sondes enrobées de graphène (en rouge). Encart: exemples d'impulsions détectées par une microélectrode (ici enrobée de graphène). On peut distinguer trois formes d'impulsion qui correspondent aux potentiels d'action émis par trois motoneurones différents.

Références:

Monolayer graphene coating of intracortical probes for long-lasting neural activity monitoring.

A. Bourrier, P. Shkorbatova, M. Bonizzato, E. Rey, Q. Barraud, G. Courtine (Dans l’architecture militaire médiévale, une courtine est la muraille reliant deux tours ; dans l’architecture militaire bastionnée, c’est le rempart reliant deux bastions.), R. Othmen, V. Reita, V. Bouchiat, C. Delacour, Advanced healthcare materials, le 12 août 2019, DOI: 10.1002/adhm.201801331.
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