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Médecine électronique – à l’intersection de la technologie et de la médecine

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Imaginez un avenir dans lequel votre médecin pourra injecter un gel dans vos tissus et le gel formera une électrode douce conductrice de courant. Cela peut ensuite être utilisé pour traiter votre maladie du système nerveux. Au bout d’un moment, l’électrode s’est dissoute et a disparu. Des chercheurs suédois ont déjà développé le gel et, à terme, ils souhaitent pouvoir connecter des composants électroniques à des tissus biologiques, comme le cerveau.

La conductivité du gel injectable est testée sur un circuit microfabriqué.

La conductivité du gel injectable est testée sur un circuit microfabriqué. Crédit image : Thor Balkhed/Université de Linköping

La médecine électronique est un domaine de recherche qui ne s’intègre pas parfaitement dans un domaine existant.

« En ce moment, vous parlez à un physicien, à un chimiste et à moi-même, qui avons une formation en biomédecine. Nous travaillons avec des scientifiques des matériaux et des ingénieurs électriciens pour intégrer les connaissances de nos différents domaines. Pour que cela fonctionne, vous devez comprendre le cerveau et comprendre la chimie et la physique », explique Hanne Biesmans, doctorante au Laboratoire d’électronique organique, LOE, de l’Université de Linköping.

Les recherches auxquelles elle fait référence portent sur ce qu’on appelle l’électronique organique qui peut être connectée aux tissus vivants. L’objectif à long terme est de pouvoir traiter diverses maladies du système nerveux et du cerveau. Son collègue Tobias Abrahamsson est chimiste.

« La nature interdisciplinaire de nos recherches, où nous combinons différents aspects et domaines de connaissances, est très passionnante. On pourrait aussi dire que j’ai une motivation plus personnelle, car dans ma famille il y a des maladies qui affectent le système nerveux », dit-il.

Traduit entre la biologie et l’électronique

Mais qu’est-ce que l’électronique organique ? Et comment pourrait-elle être utilisée pour traiter des maladies – comme l’épilepsie, la dépression ou la maladie d’Alzheimer et de Parkinson – qui sont difficiles à traiter de nos jours ?

« Dans le corps, la communication s’effectue par l’intermédiaire d’un grand nombre de petites molécules, telles que des neurotransmetteurs et des ions. La signalisation neuronale est par exemple aussi une onde d’ions qui donne lieu à une impulsion électrique. Nous voulons donc quelque chose qui puisse prendre toutes ces informations et agir comme un traducteur entre les ions et les électrons », explique Xenofon Strakosas, professeur adjoint ayant une formation en physique.

En 2023, ils ont réussi, avec d’autres chercheurs de l’Université de Linköping, de l’Université de Lund et de l’Université de Göteborg, à cultiver des électrodes en gel dans des tissus vivants.

« Au lieu d’utiliser des métaux et d’autres matériaux inorganiques pour conduire le courant, l’électronique peut être créée à partir de différents matériaux à base d’atomes de carbone et d’hydrogène – en d’autres termes, des matériaux organiques – qui sont conducteurs. Ceux-ci sont plus compatibles avec les tissus biologiques et donc mieux adaptés à une intégration, par exemple, dans le corps », explique Tobias Abrahamsson.

Les matériaux électroniques organiques sont très utiles pour conduire des signaux biologiques, car ils peuvent conduire des ions ainsi que des électrons. De plus, ils sont mous, contrairement aux métaux.
La stimulation électrique cérébrale est déjà utilisée pour traiter certaines maladies. Des électrodes sont implantées dans le cerveau, par exemple pour traiter la maladie de Parkinson.

« Mais les implants utilisés en clinique aujourd’hui sont assez rudimentaires ; ils sont à base de matériaux durs ou rigides tels que les métaux. Et notre corps est doux. Il y a donc des frictions qui peuvent entraîner une inflammation et la formation de tissu cicatriciel. Nos matériaux sont plus doux et plus compatibles avec le corps », explique Hanne Biesmans.

Électrodes à l’intérieur des plantes

Il y a une dizaine d’années déjà, leurs collègues du LOE ont montré qu’ils pouvaient faire aspirer par les plantes une substance hydrosoluble qui, à l’intérieur de la tige de la plante, formait une structure conductrice d’électricité. Une sorte d’électrode, en d’autres termes, à l’intérieur d’une plante.

La substance en question est ce qu’on appelle un polymère – une substance composée de nombreuses petites unités similaires qui peuvent former ensemble de longues chaînes grâce à un processus appelé polymérisation. Cette fois-là, des roses ont été utilisées et les chercheurs ont pu montrer qu’ils avaient créé des électrodes organiques. Cela a ouvert la porte à un nouveau domaine de recherche.

« Mais il manquait un morceau. Nous ne savions pas comment former les polymères à l’intérieur des mammifères et dans le cerveau, par exemple. Mais nous avons ensuite réalisé que nous pouvions contenir des enzymes dans le gel et utiliser les propres substances du corps pour démarrer la polymérisation », explique Xenofon Strakosas.

L’idée a permis aux chercheurs de pouvoir désormais injecter la solution légèrement visqueuse semblable à un gel dans le tissu. Au contact de substances propres à l’organisme, comme le glucose, les propriétés du gel changent. Et les chercheurs suédois ont été les premiers au monde à réussir avec la méthode utilisée pour activer la formation d’électrodes dans les tissus.

« Le gel s’autopolymérise dans les tissus et devient conducteur d’électricité. Nous laissons la biologie faire le travail à notre place », explique Xenofon Strakosas.

Aussi, il reste à l’endroit où il a été injecté. Ceci est important car les chercheurs veulent pouvoir contrôler où se trouve le gel dans le tissu. L’équipe de recherche a montré qu’elle pouvait ainsi faire pousser des électrodes dans le cerveau du poisson zèbre et autour du système nerveux des sangsues. Ils étudient actuellement si cela fonctionne également chez la souris.

Mais il reste encore beaucoup de chemin à parcourir avant que le traitement des maladies avec le gel ne devienne une réalité. Tout d’abord, l’équipe de recherche explorera la stabilité du gel à l’intérieur du tissu. Est-ce qu’il tombe en panne au bout d’un moment et que se passe-t-il ensuite ? Une autre question importante est de savoir comment le gel conducteur peut être connecté à l’électronique à l’extérieur du corps.

« Ce n’est pas la chose la plus simple à faire, mais j’espère qu’avec le temps, cette méthode pourra être utilisée pour surveiller ce qui se passe à l’intérieur du corps, jusqu’au niveau cellulaire. Nous pourrons alors peut-être mieux comprendre ce qui déclenche ou conduit à différentes maladies du système nerveux », explique Tobias Abrahamsson.

« Il reste encore beaucoup à résoudre, mais nous faisons des progrès », déclare Xenofon Strakosas. Ce serait génial si nous pouvions éventuellement utiliser les électrodes pour lire les signaux à l’intérieur du corps et les utiliser pour la recherche ou dans les soins de santé.

Écrit par Karin Söderlund Leifler

Source: Université de Linköping

Publié à l’origine dans The European Times.

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