Les scientifiques peuvent désormais manipuler les cellules du cerveau à l’aide d’un smartphone

Une équipe de scientifiques en Corée et aux États-Unis a inventé un appareil capable de contrôler les circuits neuronaux à l’aide d’un minuscule implant cérébral contrôlé par un smartphone.

L’appareil peut accélérer les efforts visant à détecter des maladies du cerveau telles que la maladie de Parkinson, la maladie d’Alzheimer, la dépendance, la dépression et la douleur. L’appareil, qui utilise des cartouches de médicament remplaçables de type Lego et une puissante technologie Bluetooth à faible énergie, peut cibler des neurones d’intérêt spécifiques en utilisant un médicament et la lumière pendant de longues périodes.

« Le dispositif neuronal sans fil permet une neuromodulation optique et chimique chronique jamais réalisée auparavant », a déclaré l’auteur principal Raza Qazi, chercheur au KAIST et à l’Université de Colorado Boulder.

Qazi a déclaré que cette technologie éclipsait de manière significative les méthodes conventionnelles utilisées par les neuroscientifiques, qui impliquent généralement des tubes métalliques rigides et des fibres optiques pour délivrer des médicaments et de la lumière. En plus de limiter les mouvements du sujet en raison des connexions physiques avec un équipement volumineux, leur structure relativement rigide provoque une lésion des tissus cérébraux mous au fil du temps, les rendant par conséquent impropres à une implantation à long terme. Certains efforts ont été déployés pour atténuer en partie la réponse tissulaire défavorable en incorporant des sondes souples et des plates-formes sans fil, mais les solutions précédentes étaient limitées par leur incapacité à administrer des médicaments pendant de longues périodes ainsi que par leurs configurations de contrôle volumineuses et complexes.

Pour parvenir à une administration chronique de médicaments sans fil, les scientifiques devaient résoudre le problème critique de l’épuisement et de l’évaporation des médicaments. Des chercheurs du Korea Advanced Institute et de l’Université de Washington à Seattle ont collaboré à l’invention d’un dispositif neuronal doté d’une cartouche remplaçable, ce qui permettrait aux neuroscientifiques d’étudier les mêmes circuits cérébraux pendant plusieurs mois sans craindre d’être à court de médicaments.

Ces cartouches de médicaments « plug-n-play » ont été assemblées dans un implant cérébral pour souris avec une sonde douce et ultrafine (épaisseur d’un cheveu humain), constituée de canaux micro-fluidiques et de minuscules LED (plus petites qu’un grain de sel), par exemple, doses illimitées de médicaments et délivrance légère.

Contrôlés avec une interface utilisateur élégante et simple sur un smartphone, les neuroscientifiques peuvent facilement déclencher toute combinaison spécifique ou séquençage précis des livraisons de lumière et de médicaments chez tout animal cible implanté sans avoir à se trouver physiquement à l’intérieur du laboratoire. À l’aide de ces dispositifs neuronaux sans fil, les chercheurs pourraient également facilement mettre en place des études entièrement automatisées sur les animaux, dans lesquelles le comportement d’un animal pourrait affecter positivement ou négativement le comportement d’autres animaux en déclenchant de manière conditionnelle la lumière et / ou l’administration de médicaments.

« Cet appareil révolutionnaire est le fruit d’une conception électronique avancée et d’une ingénierie puissante à l’échelle micro et nanométrique », a déclaré Jae-Woong Jeong, professeur d’ingénierie électrique à KAIST. « Nous sommes intéressés par le développement ultérieur de cette technologie afin de fabriquer un implant cérébral pour des applications cliniques. »

Michael Bruchas, professeur d’anesthésiologie et de pharmacologie de la douleur à la faculté de médecine de l’Université de Washington, a déclaré que cette technologie aiderait les chercheurs de nombreuses manières.

« Cela nous permet de mieux disséquer la base du comportement des circuits neuronaux et la manière dont des neuro-modulateurs spécifiques dans le cerveau adaptent le comportement de différentes manières », a-t-il déclaré. « Nous sommes également désireux d’utiliser le dispositif pour des études pharmacologiques complexes, ce qui pourrait nous aider à développer de nouveaux traitements pour la douleur, la dépendance et les troubles émotionnels. »

Les chercheurs du groupe Jeong de KAIST développent des composants électroniques souples pour les dispositifs portables et implantables, et les neuroscientifiques du laboratoire Bruchas de l’Université de Washington étudient les circuits cérébraux contrôlant le stress, la dépression, la toxicomanie, la douleur et d’autres troubles neuropsychiatriques. Cet effort global de collaboration entre ingénieurs et neuroscientifiques sur une période de trois années consécutives et des dizaines d’itérations de conception a permis de valider avec succès la mise en place de ce puissant implant cérébral sur des souris en libre mouvement, qui, selon les chercheurs, peuvent réellement accélérer la découverte du cerveau et de ses maladies.

Ce travail a été financé par des subventions de la Fondation nationale de recherche de Corée, de l’Institut national de la santé des États-Unis, de l’Institut national de lutte contre les toxicomanies et de la chaire de professeur Mallinckrodt.

yogaesoteric
2 décembre 2019

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