Des chercheurs du MIT mettent au point des implants cérébraux souples imprimés en 3D

Impression 3D d'une électrode cérébral

Impression 3D d’une électrode cérébrale (crédits photo : MIT)

Une équipe d’ingénieurs du MIT est parvenue à mettre au point une technique pour imprimer en 3D des implants cérébraux aussi souples que du caoutchouc. Ces dispositifs imprimés avec un polymère conducteur, pourraient constituer une alternative très intéressante aux implants cérébraux conventionnels et aux électrodes à base de métal qui peuvent provoquer des inflammations et des accumulations de tissu cicatriciel.

Toujours plus présente dans les pratiques des professionnels de santé, que ce soit dans le domaine de la dentisterie pour la réalisation d‘appareils dentaires ou de la chirurgie pour les implants, la fabrication additive permet d’atteindre un niveau de personnalisation inégalé, ainsi qu’une adaptation parfaite aux morphologies des patients. C’est ce qui a poussé Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental au MIT, a expérimenter cette technologie pour réaliser des implants cérébraux souples. Non seulement ils s’adaptent parfaitement au cerveau, mais ils sont capables de surveiller l’activité de l’organe sur de longues périodes sans aggraver les tissus environnants.

Comme la plupart des solutions disponibles sur le marché, dits revêtements antistatiques (qui réduisent ou éliminent l’accumulation d’électricité), se présentent sous une forme liquide, les chercheurs ont dû développer une sorte d’hydrogel imprimable en 3D. Pour se faire il a fallu épaissir la solution tout en conservant sa conductivité électrique, composante essentielle pour communiquer avec les neurones. Pour obtenir une matrice sèche de nanofibres conductrices, le matériau a été lyophilisé, après quoi des nanofibres ont ensuite été mélangées à un hydrogel constitué d’eau et d’un solvant organique. Après plusieurs tests l’équipe a découvert qu’une plage comprise entre 5 et 8% en poids de nanofibres donnait un matériau semblable à une pâte de dentifrice qui était à la fois imprimable et électriquement conducteur. « Au départ, c’est comme de l’eau savonneuse« , a expliqué Zhao. « Nous condensons les nanofibres et les rendons visqueuses comme du dentifrice, afin que nous puissions les presser comme un liquide épais et imprimable. »

implant cérébral imprimé en 3D

Pour leur premier test, l’équipe du professeur Zhao a inséré son implant pas plus gros qu’un confetti dans le cerveau d’une souris. Composé de lignes conductrices, la sonde neurale a été capable de capter l’activité électrique de l’animal pendant qu’il courrait. Xuanhe Zhao explique : « Traditionnellement, les électrodes sont des fils métalliques rigides, et une fois qu’il y a des vibrations, ces électrodes métalliques pourraient endommager les tissus. Nous avons montré que l’on pouvait maintenant insérer une sonde de gel au lieu d’une aiguille. En plus, la sensibilité de cette électrode est plus élevée. » S’agissant ici d’un matériau à base d’eau, le type de signal électrique produit par le cerveau peut le traverser plus facilement que les implants métalliques. Chez ces derniers, les ions doivent être convertis en électrons pour être lus, ce qui peut entraîner une perte de certains signaux.

Les implants cérébraux peuvent aussi bien être utilisés pour mesurer l’activité neuronale, que pour soigner certains maux comme la maladie de Parkinson grâce à la stimulation cérébrale profonde ou neurostimulation. En apportant une image extrêmement précise de l’activité du cerveau, les recherches du MIT pourraient contribuer au développement de nouvelles thérapies plus efficaces et personnalisées pour les personnes souffrant de troubles neurologiques. Grâce à l’impression 3D, la durée de vie des implants pourrait être aussi considérablement rallongée.

« Nous espérons qu’en démontrant cette preuve de concept, les gens pourront utiliser cette technologie pour fabriquer différents appareils, rapidement », a expliqué Hyunwoo Yuk, un étudiant diplômé du groupe de Zhao. « Ils peuvent modifier la conception, exécuter le code d’impression et générer une nouvelle conception en 30 minutes. Espérons que cela rationalisera le développement des interfaces neuronales, entièrement faites de matériaux mous. »

matrices multi-électrodes souples imprimées en 3D

Les chercheurs ont également imprimé des matrices multi-électrodes souples qui peuvent surveiller l’activité de neurones individuels (crédits photo : MIT)