Des chercheurs développent des bioélectrodes injectables avec des durées de vie ajustables

Les bioélectrodes implantables sont des dispositifs électroniques qui peuvent surveiller ou stimuler l’activité biologique en transmettant des signaux vers et depuis des systèmes biologiques vivants. De tels dispositifs peuvent être fabriqués en utilisant divers matériaux et techniques. Mais, en raison de leur contact intime et de leurs interactions avec les tissus vivants, la sélection du bon matériau pour ses performances et sa biocompatibilité est cruciale. Ces derniers temps, les hydrogels conducteurs ont attiré une grande attention en tant que matériaux de bioélectrodes en raison de leur flexibilité, de leur compatibilité et de leur excellente capacité d’interaction.

Cependant, l’absence d’injectabilité et de dégradabilité dans les hydrogels conducteurs conventionnels limite leur commodité d’utilisation et leurs performances dans les systèmes biologiques.

Dans ce contexte, des chercheurs coréens ont maintenant développé des hydrogels conducteurs à base de graphène possédant une injectabilité et une dégradabilité accordable, favorisant la conception et le développement de bioélectrodes avancées. L’étude a été dirigée par le professeur Jae Young Lee de l’Institut des sciences et technologies de Gwangju (GIST) et a été publiée dans Petit.

Expliquant la raison d’être de leur étude, le professeur Lee déclare : « Les électrodes implantables traditionnelles causent fréquemment plusieurs problèmes, tels qu’une grande incision pour l’implantation et une stabilité incontrôlée dans le corps. En revanche, les matériaux d’hydrogel conducteur permettent une administration et un contrôle peu invasifs du fonctionnement fonctionnel de la bioélectrode. durée de vie in vivo et sont donc très recherchés. »

Pour synthétiser les hydrogels conducteurs injectables (ICH), les chercheurs ont utilisé de l’oxyde de graphène réduit fonctionnalisé au thiol (F-rGO) comme composant conducteur en raison de sa grande surface et de ses excellentes propriétés électriques et mécaniques.

Ils ont sélectionné le polyéthylène glycol fonctionnalisé par le dimaléimide (PEG-2Mal) et le diacrylate (PEG-2Ac) comme prépolymères pour faciliter le développement d’ICH stables et hydrolysables, respectivement. Ces prépolymères ont ensuite été soumis à des réactions thiol-ène avec du poly(éthylène glycol)-tétrathiol (PEG-4SH) et du F-rGO.

Les ICH fabriqués avec du PEG-2Ac étaient dégradables (DICH), tandis que ceux avec du PEG-2Mal étaient stables (SICH). Les chercheurs ont découvert que les nouveaux ICH étaient plus performants que ceux existants en se liant extrêmement bien aux tissus et en enregistrant les signaux les plus élevés. Dans des conditions in vitro (en dehors d’un organisme vivant), le SICH ne s’est pas dégradé pendant un mois, tandis que le DICH a montré une dégradation progressive à partir du troisième jour.

Une fois implanté sur la peau de la souris, le DICH a disparu après trois jours d’administration, tandis que le SICH a conservé sa forme jusqu’à 7 jours. En plus d’une dégradabilité contrôlée, les deux ICH étaient compatibles avec la peau.

De plus, l’équipe a évalué la capacité des ICH à enregistrer des signaux d’électromyographie in vivo dans les muscles et la peau du rat. SICH et DICH ont enregistré des signaux de haute qualité et ont surpassé les performances des électrodes métalliques traditionnelles. Les enregistrements SICH pouvaient être surveillés jusqu’à trois semaines, alors que les signaux DICH étaient complètement perdus après cinq jours. Ces résultats suggèrent l’applicabilité des électrodes SICH pour la surveillance à long terme du signal et celle du DICH pour une utilisation temporaire ne nécessitant aucune ablation chirurgicale.

Résumant ces résultats, le professeur Lee déclare : « Les nouvelles électrodes ICH à base de graphène que nous avons développées intègrent des caractéristiques telles qu’une sensibilité élevée au signal, une simplicité d’utilisation, une invasivité minimale et une dégradabilité réglable. Ensemble, ces propriétés peuvent aider au développement de la bioélectronique avancée. et des bioélectrodes implantables fonctionnelles pour une variété de conditions médicales, telles que les maladies neuromusculaires et les troubles neurologiques.