De nouveaux outils pour suivre l'activité de cellules électriquement actives
Publié par Redbran le 23/12/2018 à 14:00
Source: CNRS-INSIS
Des chercheur.e.s du Laboratoire d'analyse et d'architecture des systèmes (LAAS-CNRS) en collaboration avec une équipe du Centre de physiopathologie de Toulouse Purpan (CPTP), ont développé une bio-plateforme de très haute sensibilité, fabriquée grâce aux techniques conventionnelles de la micro-électronique (La micro-électronique est une spécialité du domaine de l'électronique.), permettant le suivi de l'activité (Le terme d'activité peut désigner une profession.) électrique et chimique de cellules électrogènes. Ce nouvel outil (Un outil est un objet finalisé utilisé par un être vivant dans le but d'augmenter son efficacité naturelle dans l'action. Cette augmentation se traduit par...), publié dans la revue Journal of Physics: Condensed Matter, est prometteur pour mieux comprendre les mécanismes élémentaires impliqués dans la communication (La communication concerne aussi bien l'homme (communication intra-psychique, interpersonnelle, groupale...) que l'animal (communication intra- ou inter- espèces) ou la machine (télécommunications,...) neuronale avec une résolution cellulaire, à la fois dans les conditions normales et pathologiques.


© LAAS-CNRS
Illustration: (Haut) Nanosondes 3D à nanofils offrant une grande affinité avec la cellule neuronale permettant un suivi de l'activité électrique avec une résolution record. (Bas) Exemple de la bioplateforme intégrant nanotransistors et nanosondes permettant de suivre l'activité physiologique de neurones à l'échelle cellulaire et sub-cellulaire.

La technologie :

Une bio-plateforme de très haute sensibilité, fabriquée à grande échelle (La grande échelle, aussi appelée échelle aérienne ou auto échelle, est un véhicule utilisé par les sapeurs-pompiers, et...) grâce aux techniques conventionnelles de la micro-électronique, permettant le suivi de l'activité électrique et chimique de cellules électrogènes sur plusieurs semaines. Cette bio-plateforme combine un réseau (Un réseau informatique est un ensemble d'équipements reliés entre eux pour échanger des informations. Par analogie avec un filet (un réseau est un « petit rets », c'est-à-dire un petit filet), on appelle nœud...) de nanosondes basées sur des nanofils verticaux à des nano-capteurs chimiques de type transistor. Ces nano-dispositifs 3D permettent une très grande affinité avec la cellule interfacée tout (Le tout compris comme ensemble de ce qui existe est souvent interprété comme le monde ou l'univers.) en étant très peu intrusives de par leurs faibles dimensions (Dans le sens commun, la notion de dimension renvoie à la taille ; les dimensions d'une pièce sont sa longueur, sa largeur et sa profondeur/son épaisseur, ou bien son diamètre si c'est une pièce de révolution.).

Les protagonistes:

Une équipe du Laboratoire d'analyse et d'architecture (L’architecture peut se définir comme l’art de bâtir des édifices.) des systèmes du CNRS (Le Centre national de la recherche scientifique, plus connu sous son sigle CNRS, est le plus grand organisme de recherche scientifique public français...), spécialisée dans la nano-électronique.
Une équipe du Centre de physiopathologie de Toulouse-Purpan, spécialisée dans l'étude des pathogenèses du système nerveux (Le système nerveux est un système en réseau formé des organes des sens, des nerfs, de l'encéphale, de la moelle épinière, etc. Il coordonne les mouvements musculaires, contrôle le fonctionnement des organes,...) central.

Les atouts technologiques:

Ces nano-dispositifs, composés de sondes et de capteurs chimiques, permettent d'atteindre des résolutions spatiales à l'échelle cellulaire (neurone, cellule cardiaque), voire à l'échelle sub-cellulaire (dendrites).
Ces nano-dispositifs déployés en réseau permettent l'enregistrement simultané de l'activité de plusieurs cellules avec une grande résolution, montrant des rapports signal ( Termes généraux Un signal est un message simplifié et généralement codé. Il existe sous forme d'objets ayant des formes particulières. Les signaux lumineux sont employés depuis la nuit des temps par les hommes pour...) sur bruit (Dans son sens courant, le mot de bruit se rapproche de la signification principale du mot son. C'est-à-dire vibration de l'air pouvant donner lieu à la création d'une sensation auditive.) records (jusqu'à 200 fois ceux obtenus avec des configurations d'électrodes conventionnelles).
Cette bio-plateforme est obtenue par la déclinaison de techniques conventionnelles de la micro-électronique, permettant un développement à grande échelle.

Les applications:

L'analyse et la caractérisation de tout type de cellules normales ou pathologiques (neurone, cardiomyocyte, etc.) pour une compréhension accrue des mécanismes élémentaires de leur fonctionnement pouvant ainsi contribuer à un meilleur diagnostic (Le diagnostic (du grec δι?γνωση, diágnosi, à partir de δια-, dia-, „par, à travers, séparation,...) ou l'évaluation de l'efficacité de traitements.

Le projet en quelques dates:

2013: premiers échanges entre des scientifiques du LAAS-CNRS et du CPTP afin d'envisager les applications dans le domaine de la santé (La santé est un état de complet bien-être physique, mental et social, et ne consiste pas seulement en une absence de maladie ou d'infirmité.) des dispositifs nano-électroniques développés par le LAAS-CNRS.
2014: premier projet financé entre les deux laboratoires sur cette thématique.
2016: création du premier prototype fonctionnel.
2017: dépôt d'un brevet autour (Autour est le nom que la nomenclature aviaire en langue française (mise à jour) donne à 31 espèces d'oiseaux qui, soit appartiennent au...) d'un dispositif original couplant nanosonde électrique et transistor, comme capteur (Un capteur est un dispositif qui transforme l'état d'une grandeur physique observée en une grandeur utilisable, exemple : une tension électrique, une hauteur de mercure, une intensité, la déviation d'une...) chimique et présentation du concept à la conférence phare en nanoélectronique à San Francisco (International Electron Device Meeting - IEDM 2017)
2018: reconnaissance de la communauté internationale avec la publication de deux articles dans des revues spécialisées (Journal of Physics: Condensed Matter ; Langmuir)

Et ensuite ?

D'un point (Graphie) de vue (La vue est le sens qui permet d'observer et d'analyser l'environnement par la réception et l'interprétation des rayonnements lumineux.) recherche (La recherche scientifique désigne en premier lieu l’ensemble des actions entreprises en vue de produire et de développer les connaissances scientifiques....): l'utilisation de ces bio-plateformes pour l'étude des pathogenèses virales du système nerveux central ou encore des cultures neuronales 3D, dites organoïdes.
D'un point de vue application: le développement de démonstrateur et la commercialisation vers des entreprises spécialisées dans l'electrophysiologie in vitro (In vitro (en latin : « dans le verre ») signifie un test en tube, ou, plus généralement, en dehors de l'organisme...).

Références publication:
Nanowire based bioprobes for electrical monitoring of electrogenic cells,
A. Casanova, L. Bettamin, C. Blatché, F. Mathieu, H. Martin, D. Gonzalez-Dunia, L. Nicu, G. Larrieu,
Journal of Physics: Condensed Matter 30 (46), 464001 (2018)

Self-Aligned Functionalization Approach to Order Neuronal Networks at the Single-Cell Level,
A. Casanova, C. Blatché, C. Ferre, H. Martin, H. Martin, D. Gonzalez-Dunia, L. Nicu, G. Larrieu,
Langmuir 34, 6612−6620 (2018)

Integration of FinFETs and 3D nanoprobes devices on a common bio- platform for monitoring electrical activity of single neurons,
A. Casanova, C. Blatché, F. Mathieu, L. Bettamin, H. Martin, D. Gonzalez-Dunia, L. Nicu, G. Larrieu,
Proceedings of the 2017 IEEE International Electron Devices Meeting, IEDM 2017, 26.4. 1-26.4. 4 San Francisco, USA, december 4-6, 2017

Contact chercheur:
Guilhem Larrieu - LAAS-CNRS
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