Les chercheurs ont conçu une sonde neuronale ultra-mince, flexible et peu invasive qui peut non seulement enregistrer l'activité neuronale, mais également utiliser la lumière pour stimuler des groupes spécifiques de neurones.
Décrite dans une nouvelle étude publiée dans Nature Communications, cette sonde mesure environ-un cinquième de la largeur d'un cheveu humain et est bien-adaptée à l'étude des petites régions mobiles du système nerveux, telles que la moelle épinière ou les nerfs périphériques (les nerfs situés à l'extérieur du cerveau et de la moelle épinière qui transmettent les informations entre le cerveau et le reste du corps).
C'est là que vous avez besoin d'une très petite sonde flexible qui peut être implantée entre les vertèbres pour établir des connexions avec les neurones et qui peut se plier lorsque la moelle épinière bouge", a déclaré le co-auteur principal Axel Nimmerjahn, professeur agrégé au Waitt Advanced Biophotonics Center de l'Institut Salk d'études biologiques aux États-Unis.
Les sondes neurales peuvent également être implantées plus longtemps car elles sont plus compatibles avec les tissus biologiques et moins susceptibles de déclencher une réponse immunitaire.
Donald Sirkis, professeur de nano-ingénierie à la Jacobs School of Engineering et co-auteur principal de l'étude, a déclaré : "Pour les interfaces neuronales chroniques, vous avez besoin d'une sonde furtive -, quelque chose dont le corps ne sait même pas qu'elle est là mais qui peut quand même communiquer avec les neurones." À l'Université de Californie, San Diego.
Ce qui distingue cette sonde des autres sondes ultra-flexibles et ultra fines, c'est qu'elle se compose d'un canal électrique et d'un canal optique, lui permettant d'enregistrer l'activité électrique des neurones et d'utiliser la lumière pour stimuler des groupes spécifiques de neurones.
Avoir ce double mode - enregistrement électrique et stimulation optique - dans un si petit encombrement est une combinaison unique", a expliqué Sirbuly.
La nouvelle sonde neurale est une prouesse d’ingénierie.
Le canal électrique contient une électrode polymère ultra-fine (qui peut conduire l'électricité), tandis que le canal optique contient une fibre optique ultra-fine qui transmet la lumière. Mettre les deux dans la même sonde neurale nécessite une ingénierie très intelligente.
Les canaux doivent être isolés pour éviter qu'ils n'interfèrent les uns avec les autres lors de leur installation dans une microsonde d'un diamètre de seulement 8 à 14 microns. Les chercheurs doivent également s'assurer que les sondes sont flexibles, durables, biocompatibles et capables de fonctionner aussi bien que les sondes neuronales de pointe-de--de pointe existantes.
Une fois fabriquées, les sondes neurales sont implantées dans le cerveau de souris vivantes pendant un mois maximum, période pendant laquelle elles ne provoquent pratiquement aucune inflammation du tissu cérébral.
Ces sondes peuvent enregistrer l’activité électrique des neurones avec une sensibilité élevée et peuvent également être utilisées pour stimuler les neurones du cortex de la souris afin qu’ils bougent leurs moustaches.
À l'heure actuelle, nous savons très peu de choses sur le fonctionnement de la moelle épinière, sur la manière dont elle traite les informations et sur la manière dont son activité neuronale est perturbée ou endommagée dans certaines conditions pathologiques", a déclaré Nimmerjahn.
L'enregistrement à partir de structures aussi dynamiques et minuscules a toujours été un défi technique. Nous pensons que nos sondes et nos futurs réseaux de sondes ont le potentiel unique de nous aider à étudier la moelle épinière - non seulement pour la comprendre à un niveau fondamental, mais également pour avoir la capacité de réguler son activité.
De plus, étant donné que des microfibres de presque n’importe quelle longueur peuvent être obtenues, le processus de fabrication peut être utilisé pour développer des sondes neurales capables d’atteindre des régions cérébrales plus profondes. Cependant, comme la rigidité de la sonde diminue avec l'augmentation de la longueur, il peut être nécessaire de modifier la conception - telle qu'un enrobage de sucre soluble ou une couche de polymère rigide - pour éviter la flexion.
