L’électrode biodégradable auto-déployable offre une surveillance minimalement invasive du signal cérébral

Les capteurs pouvant être introduits facilement et en toute sécurité dans le cerveau pourraient avoir d’importantes applications médicales et contribuer au développement de dispositifs d’interface avec le 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 des procédures chirurgicales invasives qui peuvent entraîner de nombreuses complications.

Des chercheurs de l’Université nationale de Séoul et d’autres instituts en Corée du Sud ont récemment créé une nouvelle électrode de tente biodégradable et auto-déployable qui pourrait être beaucoup plus facile à insérer sur la surface du cerveau humain. Leur conception d’électrode proposée, décrite dans Électronique naturellepourrait se dégrader naturellement à l’intérieur du corps humain sans laisser de résidus, ce qui signifie qu’une fois inséré dans le corps, il n’a pas besoin d’être retiré chirurgicalement.

« Notre récent article est né d’une prise de conscience croissante des défis cliniques liés à l’implantation d’électrodes via une chirurgie cérébrale invasive », a déclaré Seung-Kyun Kang, auteur correspondant de l’article, à Medical Xpress.

« Les électrodes conventionnelles à grande surface nécessitent une intervention chirurgicale importante pour retirer le crâne avant de pouvoir être implantées dans le cerveau, ce qui peut entraîner des risques importants de complications telles que des saignements, des gonflements, des fuites de liquide céphalorachidien ou des infections. Après utilisation, les électrodes restantes sur le cerveau peuvent déclencher des réactions immunitaires indésirables ou des infections en raison de la formation de biofilm, nécessitant une intervention chirurgicale secondaire pour les retirer. »

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

« L’électrode 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 des diagnostics précis, tels que le diagnostic de l’épilepsie, ainsi que pour les prothèses neurales et les interfaces cerveau-ordinateur (BCI) qui nécessitent une interface avec diverses régions du cerveau. »

L’électrode développée par l’équipe a une structure en forme de tente qui peut être facilement emballée et dépliée. Le dispositif est en partie fabriqué à partir de polymères à mémoire de forme, des matériaux flexibles qui peuvent retrouver leur forme d’origine après avoir été tirés ou comprimés dans un enclos étroit. Grâce aux propriétés de ces matériaux, les électrodes peuvent ainsi être facilement introduites dans des espaces confinés à la surface du cerveau par un petit trou.

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

Les premiers tests évaluant les performances des électrodes de tente de l’équipe ont montré qu’elles peuvent conserver leurs performances électriques tout au long de leur durée de vie et se décomposer complètement après utilisation sans laisser de résidus. Pendant leur fonctionnement, les capteurs peuvent enregistrer l’activité électrique autour d’eux et transmettre les données qu’ils collectent à d’autres appareils.

Biodégradables et non toxiques, les nouveaux capteurs développés par Kang et ses collègues n’auraient pas besoin d’être retirés après avoir été introduits dans le corps humain. Cette caractéristique est très intéressante pour un large éventail d’applications concrètes, allant de la médecine de précision au développement d’interfaces cerveau-ordinateur (BCI) sûres.

« La tente électronique peut être utilisée pour diagnostiquer l’épilepsie, ce qui peut nécessiter une cartographie à grande échelle pour localiser les zones touchées », a déclaré Jae-Young Bae, auteur principal de l’étude. « En général, les crises d’épilepsie 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 l’origine des crises peut entraîner des dommages considérables. De plus, comme les crises ne sont pas constantes, une surveillance prolongée est souvent nécessaire. »

Les méthodes existantes pour diagnostiquer l’épilepsie impliquent la cartographie de l’activité cérébrale sur des périodes de temps déterminées, généralement autour de deux semaines. Cela se fait souvent à l’aide d’électrodes qui peuvent capturer ce qui se passe dans le cerveau, ce qui permet aux médecins de localiser l’origine des crises dont souffrent les patients.

Une fois que les médecins ont pu diagnostiquer l’épilepsie ou identifier d’autres causes de crises chez un patient, ils peuvent commencer à élaborer des interventions thérapeutiques adaptées. Mais avant cela, ils doivent retirer chirurgicalement les électrodes implantées dans le cerveau du patient.

« Notre tente électronique biodégradable pourrait réduire la charge chirurgicale associée à l’implantation d’électrodes de cartographie à grande surface et éliminer le besoin d’une intervention chirurgicale de retrait secondaire », a expliqué Bae. « L’électrode de tente peut ainsi offrir une solution de diagnostic minimalement invasive par rapport aux méthodes traditionnelles qui nécessitent le retrait d’une grande surface du crâne pour l’insertion de l’électrode. »

En plus de faciliter le diagnostic de l’épilepsie et d’autres maladies cérébrales, les nouvelles électrodes de tente pourraient servir à développer des interfaces neuronales fonctionnelles (BCI). Il s’agit d’interfaces émergentes qui pourraient améliorer les interactions homme-machine et faciliter la réadaptation médicale des patients.

« Par exemple, la BCI peut aider à la récupération motrice des patients victimes d’un AVC et contrôler les neuroprothèses ou les systèmes robotiques externes », a déclaré Bae. « Les BCI à grande surface sont plus sensibles et peuvent permettre la cartographie complète des régions cérébrales, ce qui permet une localisation plus précise de l’activité neuronale, facilite l’étude des fonctions cérébrales complexes et améliore le ciblage des interventions thérapeutiques. Cependant, la technologie BCI est confrontée à des défis en termes de risques associés aux procédures invasives. Nous pensons que l’électrode en forme de tente peut minimiser le risque d’utilisation dans la technologie BCI. »

Les travaux récents de Kang et de ses collègues pourraient bientôt contribuer au développement d’ICB et de dispositifs implantables plus sûrs pour le diagnostic de diverses pathologies. Dans le cadre de leurs prochaines études, les chercheurs prévoient également d’explorer la possibilité d’utiliser divers matériaux biodégradables pour réaliser des interventions thérapeutiques ciblées, comme la chimiothérapie et la photothérapie.

« À l’avenir, nous avons également l’intention de collaborer avec des partenaires cliniques pour tester notre technologie de tente électronique biodégradable dans des applications cliniques », a ajouté Kang. « Cela nous permettra de réaliser des essais sur le terrain dans des environnements médicaux pour évaluer les performances et le comportement de dégradation de notre technologie en dehors des laboratoires. À terme, notre objectif est d’intégrer ces composants électroniques biodégradables dans des dispositifs médicaux, offrant ainsi des solutions diagnostiques ou thérapeutiques peu invasives. »

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