L’enregistrement de l’activité de grandes populations de neurones uniques dans le cerveau sur de longues périodes est crucial pour approfondir notre compréhension des circuits neuronaux, pour permettre de nouvelles thérapies basées sur des dispositifs médicaux et, à l’avenir, pour les interfaces cerveau-ordinateur nécessitant une haute résolution. informations électrophysiologiques.
Mais il existe aujourd’hui un compromis entre la quantité d’informations à haute résolution qu’un dispositif implanté peut mesurer et la durée pendant laquelle il peut maintenir les performances d’enregistrement ou de stimulation. Les implants rigides en silicone, dotés de nombreux capteurs, peuvent collecter de nombreuses informations mais ne peuvent pas rester très longtemps dans le corps. Les appareils flexibles et plus petits sont moins intrusifs et peuvent durer plus longtemps dans le cerveau, mais ne fournissent qu’une fraction des informations neuronales disponibles.
Récemment, une équipe interdisciplinaire de chercheurs de la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences (SEAS), en collaboration avec l’Université du Texas à Austin, le MIT et Axoft, Inc., a développé un dispositif implantable souple doté de dizaines de capteurs. qui peut enregistrer l’activité d’un seul neurone dans le cerveau de manière stable pendant des mois.
La recherche a été publiée dans Nanotechnologie naturelle.
« Nous avons développé des interfaces cerveau-électronique avec une résolution unicellulaire qui sont plus biologiquement conformes que les matériaux traditionnels », a déclaré Paul Le Floch, premier auteur de l’article et ancien étudiant diplômé du laboratoire de Jia Liu, professeur adjoint de bio-ingénierie à SEAS. . « Ce travail a le potentiel de révolutionner la conception de la bioélectronique pour l’enregistrement et la stimulation neuronale, ainsi que pour les interfaces cerveau-ordinateur. »
Le Floch est actuellement PDG d’Axoft, Inc, une société fondée en 2021 par Le Floch, Liu et Tianyang Ye, ancien étudiant diplômé et boursier postdoctoral du Park Group à Harvard. L’Office of Technology Development de Harvard a protégé la propriété intellectuelle associée à cette recherche et a concédé la technologie sous licence à Axoft pour un développement ultérieur.
Pour surmonter le compromis entre le débit de données haute résolution et la longévité, les chercheurs se sont tournés vers un groupe de matériaux appelés élastomères fluorés. Les matériaux fluorés, comme le téflon, sont résilients, stables dans les biofluides, présentent d’excellentes performances diélectriques à long terme et sont compatibles avec les techniques de microfabrication standard.
Les chercheurs ont intégré ces élastomères diélectriques fluorés à des piles de microélectrodes souples (64 capteurs au total) pour développer une sonde longue durée qui est 10 000 fois plus douce que les sondes flexibles conventionnelles fabriquées à partir de plastiques techniques, tels que le polyimide ou le parylène C.
L’équipe a fait la démonstration de l’appareil in vivoenregistrant les informations neuronales du cerveau et de la moelle épinière de souris pendant plusieurs mois.
« Notre recherche met en évidence qu’en concevant soigneusement divers facteurs, il est possible de concevoir de nouveaux élastomères pour des interfaces neuronales stables à long terme », a déclaré Liu, auteur correspondant de l’article. « Cette étude pourrait élargir la gamme de possibilités de conception pour les interfaces neuronales. »
L’équipe de recherche interdisciplinaire comprenait également les professeurs SEAS Katia Bertoldi, Boris Kozinsky et Zhigang Suo.
« La conception de nouvelles sondes et interfaces neuronales est un problème très interdisciplinaire qui nécessite une expertise en biologie, en génie électrique, en science des matériaux, en génie mécanique et chimique », a déclaré Le Floch.
La recherche a été co-écrite par Siyuan Zhao, Ren Liu, Nicola Molinari, Eder Medina, Hao Shen, Zheliang Wang, Junsoo Kim, Hao Sheng, Sebastian Partarrieu, Wenbo Wang, Chanan Sessler, Guogao Zhang, Hyunsu Park, Xian Gong, Andrew. Spencer, Jongha Lee, Tianyang Ye, Xin Tang, Xiao Wang et Nanshu Lu.
Plus d’information:
Paul Le Floch et al, Sondes neuronales in vivo 3D spatio-temporelles à base d’élastomères fluorés, Nature Nanotechnologie (2023). DOI : 10.1038/s41565-023-01545-6