Selon une nouvelle \u00e9tude men\u00e9e par des chercheurs de Penn State, des \u00e9lectrodes souples con\u00e7ues pour s’adapter parfaitement \u00e0 la surface du cerveau d’une personne pourraient contribuer \u00e0 faire progresser les interfaces neuronales pour la surveillance et le traitement des maladies neurod\u00e9g\u00e9n\u00e9ratives. Les interfaces neuronales sont aliment\u00e9es par de minuscules capteurs capables de suivre les signaux biophysiques, appel\u00e9s bio\u00e9lectrodes. Ces capteurs sont g\u00e9n\u00e9ralement fabriqu\u00e9s \u00e0 partir de mat\u00e9riaux rigides dans une conception unique qui peine \u00e0 s’adapter \u00e0 la structure complexe du cerveau. Les chercheurs ont cr\u00e9\u00e9 une nouvelle approche de l\u2019impression 3D de bio\u00e9lectrodes capables de s\u2019\u00e9tirer et de se transformer pour s\u2019adapter aux diff\u00e9rences mineures qui rendent chaque cerveau unique.<\/p>\n
L’\u00e9quipe a utilis\u00e9 un logiciel pour simuler des cerveaux d\u00e9taill\u00e9s sur la base d’IRM r\u00e9alis\u00e9es aupr\u00e8s de 21 patients humains, fa\u00e7onnant un ensemble d’\u00e9lectrodes adapt\u00e9es aux structures sp\u00e9cifiques du cerveau avant d’imprimer en 3D les \u00e9lectrodes et les mod\u00e8les du cerveau. Dans un article publi\u00e9 dans Advanced Materials, ils ont rapport\u00e9 que leurs \u00e9lectrodes s’adaptaient mieux \u00e0 la structure du cerveau que les mod\u00e8les traditionnels, tout en restant efficaces et biologiquement compatibles, m\u00eame dans les tests effectu\u00e9s sur des rats.<\/p>\n
Les plis du cerveau humain sont cr\u00e9\u00e9s par un processus appel\u00e9 gyrification, dans lequel la feuille corticale de la paroi externe du cerveau se regroupe en cr\u00eates, appel\u00e9es gyri, et en rainures, appel\u00e9es sulci. Cela aide les cellules du cerveau \u00e0 communiquer \u00e0 grande vitesse et permet \u00e0 un organe relativement grand de s’ins\u00e9rer de mani\u00e8re compacte dans le cr\u00e2ne \u2013 un cerveau adulte \u00e9tal\u00e9 mesurerait environ 2 000 centim\u00e8tres carr\u00e9s, soit environ la taille de deux grandes pizzas.<\/p>\n
Bien que les principaux replis corticaux soient coh\u00e9rents d’un individu \u00e0 l’autre, la disposition pr\u00e9cise des gryi et des sulci du cerveau change consid\u00e9rablement d’une personne \u00e0 l’autre, selon Tao Zhou, professeur de d\u00e9but de carri\u00e8re de la famille Wormley, professeur adjoint de sciences de l’ing\u00e9nierie et de m\u00e9canique et auteur correspondant de l’article. Cependant, les conceptions traditionnelles de bio\u00e9lectrodes n\u2019en tiennent pas compte.<\/p>\n
\u00ab\u00a0Chaque personne a une structure c\u00e9r\u00e9brale diff\u00e9rente, en fonction de sa taille, de son poids, de son \u00e2ge, de son sexe et plus encore\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Zhou, qui est \u00e9galement affili\u00e9 en g\u00e9nie biom\u00e9dical et au centre d’ing\u00e9nierie neuronale de Penn State. \u00ab\u00a0Malgr\u00e9 cela, nous essayons d’adapter les interfaces neuronales aux cerveaux comme si elles avaient des structures identiques. Cela nous a motiv\u00e9 \u00e0 cr\u00e9er des \u00e9lectrodes adapt\u00e9es \u00e0 chaque individu, en fonction de la structure de son cerveau.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Les \u00e9lectrodes sont fabriqu\u00e9es principalement \u00e0 partir d’un mat\u00e9riau riche en eau appel\u00e9 hydrogel pour mieux s’adapter aux tissus mous et \u00e0 la g\u00e9om\u00e9trie sp\u00e9cifique du cerveau du patient. De plus, l’\u00e9quipe a utilis\u00e9 une nouvelle structure inspir\u00e9e du nid d’abeilles qui offre flexibilit\u00e9 et r\u00e9sistance, tout en restant rentable et rapide \u00e0 imprimer, selon Zhou.<\/p>\n
\u00ab\u00a0La structure en nid d’abeille nous aide \u00e0 r\u00e9duire consid\u00e9rablement la rigidit\u00e9 des \u00e9lectrodes, sans sacrifier leur r\u00e9sistance m\u00e9canique\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Zhou. \u00ab\u00a0De plus, la structure nous aide \u00e0 r\u00e9duire l’ensemble des mat\u00e9riaux utilis\u00e9s lors de la fabrication, r\u00e9duisant ainsi le temps de production, les co\u00fbts et l’impact environnemental.\u00a0\u00bb<\/p>\n
La production commence par la r\u00e9alisation d’une IRM du cerveau d’un patient, qui est utilis\u00e9e pour effectuer une analyse par \u00e9l\u00e9ments finis \u2013 un processus qui cr\u00e9e une simulation d\u00e9taill\u00e9e de la structure neuronale d’une personne. Cette analyse est ensuite rendue sous la forme d’un mod\u00e8le 3D du cerveau du patient, o\u00f9 l’\u00e9quipe utilise un logiciel informatique pour adapter une bio\u00e9lectrode sp\u00e9cifiquement adapt\u00e9e aux cr\u00eates et aux rainures du cortex c\u00e9r\u00e9bral.<\/p>\n
Apr\u00e8s la mise en forme, l\u2019\u00e9quipe imprime en 3D l\u2019\u00e9lectrode d\u2019hydrogel en utilisant l\u2019impression directe \u00e0 l\u2019encre, une technique qui peut cr\u00e9er des \u00e9lectrodes capables de surveiller et de transmettre des signaux c\u00e9r\u00e9braux sur une surface relativement petite. Pour cette \u00e9tude, l\u2019\u00e9quipe a imprim\u00e9 en 3D des mod\u00e8les de 21 cerveaux de participants diff\u00e9rents, en appliquant leurs \u00e9lectrodes et en mesurant physiquement la pr\u00e9cision avec laquelle les \u00e9lectrodes pourraient s\u2019adapter \u00e0 la surface du cerveau. Zhou a expliqu\u00e9 comment les approches de fabrication traditionnelles n\u00e9cessitent des installations sp\u00e9cialis\u00e9es telles que des salles blanches, ce qui les rend incroyablement co\u00fbteuses \u00e0 personnaliser : l’impression 3D permet \u00e0 l’\u00e9quipe de personnaliser et de fabriquer des \u00e9lectrodes beaucoup plus rapidement, pour une fraction du prix.<\/p>\n
Par rapport aux approches traditionnelles, les \u00e9lectrodes \u00e0 base d\u2019hydrogel suivent plus pr\u00e9cis\u00e9ment la structure du cerveau. Zhou a d\u00e9clar\u00e9 que leur approche produit des \u00e9lectrodes qui pr\u00e9sentent une connectivit\u00e9 presque parfaite aux signaux \u00e9lectriques pr\u00e9sents dans le cerveau. De plus, le gel extensible \u00e9tant tr\u00e8s mall\u00e9able, il peut \u00eatre appliqu\u00e9 sur les tissus mous du cerveau sans causer de dommages, contrairement aux mat\u00e9riaux rigides composant d’autres mod\u00e8les qui pourraient endommager les tissus.<\/p>\n
Selon Zhou, la douceur de leurs \u00e9lectrodes permet un contact plus \u00e9troit et plus stable avec le cerveau, facilitant ainsi une surveillance de meilleure qualit\u00e9 et plus fiable. De plus, les bio\u00e9lectrodes fabriqu\u00e9es selon cette approche n\u2019ont pas d\u2019impact sur le transport des fluides autour du cerveau, un aspect essentiel du fonctionnement c\u00e9r\u00e9bral que de nombreuses \u00e9lectrodes traditionnelles perturbent.<\/p>\n
\u00ab\u00a0La personnalisation des \u00e9lectrodes selon la structure sp\u00e9cifique du cerveau am\u00e9liore consid\u00e9rablement leur fiabilit\u00e9\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Zhou. \u00ab\u00a0Parce qu’ils s’adaptent mieux au cerveau, la qualit\u00e9 du signal elle-m\u00eame est consid\u00e9rablement am\u00e9lior\u00e9e.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Pour \u00e9tudier plus en d\u00e9tail leurs \u00e9lectrodes, l\u2019\u00e9quipe les a plac\u00e9es sur le cerveau de mod\u00e8les de rats sur une p\u00e9riode de 28 jours. Les rats n’ont pr\u00e9sent\u00e9 aucune r\u00e9ponse immunitaire aux \u00e9lectrodes imprim\u00e9es, un \u00e9l\u00e9ment cl\u00e9 dans le d\u00e9veloppement de biodispositifs, a d\u00e9clar\u00e9 Zhou. De plus, les \u00e9lectrodes n’ont pr\u00e9sent\u00e9 aucune d\u00e9gradation de leurs performances, tout en offrant des lectures sensibles et pr\u00e9cises des signaux \u00e9lectriques et physiologiques dans le cerveau.<\/p>\n
Zhou a d\u00e9clar\u00e9 qu’il pensait que cette m\u00e9thode d’impression pourrait servir de cadre pour l’impression \u00e0 l’\u00e9chelle commerciale de bio\u00e9lectrodes personnalis\u00e9es pour des patients sp\u00e9cifiques. Bien que ces syst\u00e8mes soient traditionnellement utilis\u00e9s pour surveiller l\u2019activit\u00e9 neuronale, l\u2019\u00e9quipe pr\u00e9voit d\u2019explorer comment les \u00e9lectrodes personnalis\u00e9es peuvent contribuer aux traitements neurologiques.<\/p>\n
\u00ab\u00a0Nous cherchons \u00e0 am\u00e9liorer davantage cette technologie pour optimiser les \u00e9lectrodes permettant de surveiller des maladies sp\u00e9cifiques\u00a0\u00bb, a d\u00e9clar\u00e9 Zhou. \u00ab\u00a0\u00c0 l’avenir, nous aimerions vraiment travailler avec les patients pour voir comment cette approche pourrait soutenir la surveillance du cerveau et le traitement des maladies en milieu clinique.\u00a0\u00bb<\/p>\n
Les co-auteurs suppl\u00e9mentaires affili\u00e9s \u00e0 Penn State comprennent Nanyin Zhang, professeur de g\u00e9nie biom\u00e9dical et Dorothy Foehr Huck et J. Lloyd Huck Chair en imagerie c\u00e9r\u00e9brale ; Sulin Zhang, professeur de sciences de l’ing\u00e9nieur et de m\u00e9canique et de g\u00e9nie biom\u00e9dical ; les doctorants en sciences de l’ing\u00e9nierie et en m\u00e9canique Marzia Momin, Luyi Feng, Salahuddin Ahmed et Jiashu Ren ; les doctorants en g\u00e9nie biom\u00e9dical Xiaoai Chen, Hyunjin Lee et le chercheur postdoctoral Samuel R. Cramer ; le doctorant en g\u00e9nie m\u00e9canique Xinyi Wang ; Basma AlMahood, une \u00e9tudiante de premier cycle qui \u00e9tudiait la physique au moment de ses recherches et qui est maintenant doctorante en physique \u00e0 la Michigan State University ; et Li-Pang Huang, assistant de recherche.<\/p>\n
Ce travail a \u00e9t\u00e9 soutenu par la National Science Foundation des \u00c9tats-Unis et les National Institutes of Health.<\/p>\n","protected":false},"excerpt":{"rendered":"Selon une nouvelle \u00e9tude men\u00e9e par des chercheurs de Penn State, des \u00e9lectrodes souples con\u00e7ues pour s’adapter parfaitement…\n","protected":false},"author":2,"featured_media":79957,"comment_status":"","ping_status":"","sticky":false,"template":"","format":"standard","meta":{"footnotes":""},"categories":[82],"tags":[3711,12,13,18,17,32083,21811,32082,1854,86,1853,32081,87,32084,20498],"class_list":{"0":"post-79956","1":"post","2":"type-post","3":"status-publish","4":"format-standard","5":"has-post-thumbnail","7":"category-sante","8":"tag-ameliorent","9":"tag-be","10":"tag-be-fr","11":"tag-belgique","12":"tag-belgium","13":"tag-bioelectrodes","14":"tag-cerebraux","15":"tag-compatibilite","16":"tag-des","17":"tag-health","18":"tag-les","19":"tag-personnalisees","20":"tag-sante","21":"tag-signaux","22":"tag-surveillance"},"share_on_mastodon":{"url":"https:\/\/pubeurope.com\/@be_fr\/116433412767152179","error":""},"_links":{"self":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/79956","targetHints":{"allow":["GET"]}}],"collection":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts"}],"about":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/types\/post"}],"author":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/users\/2"}],"replies":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/comments?post=79956"}],"version-history":[{"count":0,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/posts\/79956\/revisions"}],"wp:featuredmedia":[{"embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/media\/79957"}],"wp:attachment":[{"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/media?parent=79956"}],"wp:term":[{"taxonomy":"category","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/categories?post=79956"},{"taxonomy":"post_tag","embeddable":true,"href":"https:\/\/www.europesays.com\/be-fr\/wp-json\/wp\/v2\/tags?post=79956"}],"curies":[{"name":"wp","href":"https:\/\/api.w.org\/{rel}","templated":true}]}}