Auto-déployable, électrode biodégradable offrant une surveillance minimale des signaux cérébraux invasive.

25 août 2024

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par Ingrid Fadelli, Medical Xpress

Les capteurs pouvant être facilement et en toute sécurité introduits dans le cerveau pourraient avoir d'importantes applications médicales et contribuer au développement de dispositifs d'interface cerveau. Bien que des progrès significatifs aient été réalisés dans le développement de ces capteurs, la plupart des dispositifs existants ne peuvent être déployés que par le biais de procédures chirurgicales invasives qui peuvent entraîner de nombreuses complications.

Des chercheurs de l'Université nationale de Séoul et d'autres instituts de Corée du Sud ont récemment créé une nouvelle électrode en forme de tente biodégradable et auto-déployable qui pourrait être bien plus facile à insérer à la surface du cerveau humain. Leur conception d'électrode proposée, présentée dans Nature Electronics, pourrait se dégrader naturellement à l'intérieur du corps humain sans laisser de résidus, ce qui signifie qu'une fois insérée dans le corps, elle n'a pas besoin d'être retirée chirurgicalement.

« Notre récente publication est née d'une prise de conscience croissante des défis cliniques liés à l'implantation d'électrodes lors de chirurgies cérébrales invasives », a déclaré Seung-Kyun Kang, auteur correspondant de l'article, à Medical Xpress.

« Les électrodes conventionnelles de grande surface nécessitent une chirurgie extensive de retrait du crâne pour être implantées dans le cerveau, ce qui peut présenter des risques significatifs de complications comme des saignements, un gonflement, une fuite de liquide céphalorachidien ou une infection. Après utilisation, les électrodes restantes dans le cerveau peuvent déclencher des réactions immunitaires non désirées ou des infections en raison de la formation de biofilm, nécessitant une chirurgie secondaire pour les retirer. »

L'électrode en forme de tente créée par l'équipe est un dispositif de détection en forme pyramide, généralement utilisé pour recueillir des enregistrements d'électroencéphalographie (EEG) et d'autres données neurophysiologiques.

« L'électrode en forme de tente électronique que nous avons développée peut être déployée à l'aide d'une seringue de manière peu invasive pour mesurer les signaux cérébraux, puis peut être incitée à se dissoudre et à disparaître dans le corps après utilisation », a déclaré Kang. « Notre technologie est particulièrement prometteuse pour les diagnostics précis, tels que le diagnostic de l'épilepsie, ainsi que pour les neuroprothèses et les interfaces cerveau-ordinateur (BCI) nécessitant une interfaçage avec diverses régions du cerveau. »

L'électrode de l'équipe a une structure en forme de tente qui peut être facilement emballée et dépliée. Le dispositif est en partie constitué de polymères à mémoire de forme; des matériaux flexibles capables de retrouver leur forme d'origine après avoir été étirés ou comprimés dans un espace restreint. En exploitant les propriétés de ces matériaux, les électrodes peuvent facilement être introduites dans des espaces confinés à la surface du cerveau à travers un petit trou.

« Nous avons également intégré des capteurs électroniques inorganiques biodégradables d'une épaisseur nanométrique sur une tente électronique pour offrir de la flexibilité », a expliqué Kang. « Grâce à la flexibilité mécanique des capteurs, nous avons pu fournir divers dispositifs électroniques sans endommager les capteurs lors de l'injection pour mesurer divers signaux neurophysiologiques du cerveau. »

Des tests initiaux évaluant les performances des électrodes en forme de tente de l'équipe ont montré qu'elles peuvent maintenir leurs performances électriques tout au long de leur durée de vie et se décomposer entièrement après utilisation sans laisser de résidus. Pendant leur fonctionnement, les capteurs peuvent enregistrer l'activité électrique autour d'eux et transmettre les données collectées à d'autres dispositifs.

Étant donné qu'ils sont biodégradables et non toxiques, les nouveaux capteurs développés par Kang et ses collègues n'auraient pas besoin d'être retirés une fois introduits à l'intérieur du corps humain. Cette caractéristique est très attrayante pour une large gamme d'applications du monde réel, allant de la médecine de précision au développement d'interfaces cerveau-ordinateur (BCI) sûres.

« La tente électronique peut être utilisée pour diagnostiquer l'épilepsie, qui peut nécessiter une cartographie à grande surface pour localiser les zones affectées », a déclaré Jae-Young Bae, premier auteur de l'article. « En général, les crises épileptiques impliquent des réseaux complexes de régions cérébrales, souvent situées en profondeur dans le cerveau. L'insertion d'électrodes dans ces régions profondes et multiples pour localiser les origines des crises peut entraîner des dommages considérables. De plus, comme les crises ne sont pas constantes, une surveillance prolongée est souvent nécessaire. »

Les méthodes actuelles de diagnostic de l'épilepsie impliquent la cartographie de l'activité cérébrale sur des périodes définies, généralement d'environ deux semaines. Cela se fait souvent à l'aide d'électrodes qui peuvent capturer ce qui se passe à travers le cerveau, permettant aux médecins de localiser l'origine des crises vécues par les patients. Une fois que les médecins ont pu diagnostiquer l'épilepsie ou identifier d'autres sources des crises d'un patient, ils peuvent commencer à concevoir des interventions thérapeutiques adaptées. Avant cela, cependant, ils doivent retirer chirurgicalement les électrodes implantées du cerveau du patient. 

« Notre tente électronique biodégradable pourrait réduire le fardeau chirurgical associé à l'implantation d'électrodes de cartographie de grande surface et éliminer le besoin d'une chirurgie de retrait secondaire », a expliqué Bae. 

« L'électrode tente pourrait ainsi offrir une solution de diagnostic peu invasive par rapport aux méthodes traditionnelles qui nécessitaient le retrait de grandes zones du crâne pour l'insertion des électrodes ». En plus de faciliter potentiellement le diagnostic de l'épilepsie et d'autres conditions liées au cerveau, les nouvelles électrodes de tente pourraient être utilisées pour développer des Interfaces Cerveau-Ordinateur (ICO). Ce sont des interfaces émergentes qui pourraient améliorer les interactions homme-machine et aider à la rééducation médicale des patients.

 « Par exemple, l'ICO peut aider à la récupération motrice des patients victimes d'accident vasculaire cérébral et à contrôler les neuroprothèses ou les systèmes robotiques externes », a déclaré Bae. « Les ICO de grande surface sont plus sensibles et peuvent permettre la cartographie exhaustive des régions cérébrales, facilitant une localisation plus précise de l'activité neuronale, aidant à l'étude des fonctions cérébrales complexes et améliorant le ciblage des interventions thérapeutiques. Cependant, la technologie BCI est confrontée à des défis liés aux risques associés aux procédures invasives. 

Nous pensons que l'électrode tente peut minimiser le risque d'utilisation dans la technologie BCI ». Ce récent travail de Kang et ses collègues pourrait bientôt contribuer au développement de BCI plus sûrs et de dispositifs implantables pour le diagnostic de diverses conditions médicales. Dans le cadre de leurs prochaines études, les chercheurs prévoient également d'explorer la possibilité d'utiliser différents matériaux biodégradables pour fournir des interventions thérapeutiques ciblées, telles que la chimiothérapie et la photothérapie.

 « À l'avenir, nous avons également l'intention de collaborer avec des partenaires cliniques pour tester notre technologie d'électrode tente électronique biodégradable dans des applications cliniques », a ajouté Kang. « Cela nous permettra de mener des essais sur le terrain dans des environnements médicaux pour évaluer les performances et le comportement de dégradation de notre technologie en dehors des paramètres de laboratoire. En fin de compte, notre objectif est d'incorporer ces composants électroniques biodégradables dans des dispositifs médicaux, fournissant des solutions de diagnostic ou thérapeutiques peu invasives ». Pour plus d'informations : Jae-Young Bae et al, Une électrode de tente électronique biodégradable et auto-déployable pour l'interfaçage du cortex cérébral, Nature Electronics (2024). DOI: 10.1038/s41928-024-01216-x © 2024 

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