Stimulation nerveuse à l'aide de mini-cellules solaires implantables
Cette technologie permet de créer des types d'implants totalement nouveaux
Une équipe de recherche internationale a développé et testé avec succès un concept dans lequel les nerfs sont stimulés par des impulsions lumineuses. Cette méthode présente des avantages considérables pour la médecine et ouvre un large éventail d'applications possibles.
Un tout nouveau type d'implant : un film pigmentaire ultrafin et sensible à la lumière, par exemple pour stimuler les cellules nerveuses.
© Lunghammer – TU Graz
Cette technologie, qui permet de créer des implants d'un type entièrement nouveau pour stimuler les cellules nerveuses, a été mise au point par des chercheurs de l'Université technologique de Graz (TU Graz), de l'Université médicale de Graz (Med Uni Graz), de l'Université de Zagreb et du CEITEC tchèque. Cette technologie repose sur des pigments de couleur issus de l'industrie alimentaire, tels que ceux utilisés dans les cellules solaires organiques. Les pigments sont déposés en phase vapeur pour former une couche de quelques nanomètres d'épaisseur seulement, où ils convertissent la lumière en charge électrique, comme dans les cellules solaires organiques. Les cellules nerveuses qui adhèrent au film (remarque : elles sont d'abord déposées à la pipette sur le film et s'y développent) réagissent à cette charge et déclenchent à leur tour des impulsions électriques avec lesquelles elles stimulent d'autres cellules nerveuses.
Les chercheurs ont maintenant pu démontrer ce processus pour la première fois dans des expériences de biologie cellulaire. Des cellules nerveuses cultivées directement sur le film ont été stimulées par plusieurs flashs lumineux de quelques millisecondes chacun à une longueur d'onde de 660 nanomètres (lumière rouge) et ont réagi comme prévu. Ils ont généré ce qu'on appelle des potentiels d'action, qui sont essentiels à la communication entre les cellules nerveuses. Les chercheurs ont publié les résultats de leurs mesures électrophysiologiques et de leurs simulations informatiques dans la revue scientifique Advanced Materials Technologies.
Changement de paradigme : des électrodes métalliques aux films souples
L'auteur correspondant, Theresa Rienmüller, de l'Institut d'ingénierie des soins de santé de l'Université technique de Graz, parle d'un changement de paradigme : "Contrairement à l'électrostimulation habituelle actuelle via des électrodes métalliques, nos films pigmentaires représentent une toute nouvelle façon de stimuler les cellules nerveuses." Les films sont si fins qu'ils peuvent être implantés facilement. Pendant le traitement, les cellules nerveuses sont ensuite irradiées par de la lumière rouge, qui peut pénétrer profondément dans le corps sans causer de dommages. "Nous pensons que les traitements à court terme peuvent conduire à des effets thérapeutiques à long terme. Ces expériences font actuellement l'objet de recherches", explique Rainer Schindl, électrophysiologiste à la division de biophysique de Med Uni Graz et superviseur du projet.
À l'avenir, il ne sera donc plus nécessaire de recourir à des câblages complexes, ce qui réduira le risque d'infection après des procédures invasives, car plus aucun tube ou câble ne devra sortir du corps vers l'extérieur. Grâce à leur nature organique, les films pigmentaires sont extrêmement bien tolérés par les cellules humaines et animales.
Des domaines d'application multiples
Les chercheurs voient des applications possibles dans les cas de lésions cérébrales graves. Dans ce cas, la stimulation des cellules nerveuses peut accélérer le processus de guérison et prévenir les complications en "empêchant les cellules nerveuses de mourir", explique le premier auteur, Tony Schmidt, de la division de biophysique de Med Uni Graz. Les chercheurs voient également un potentiel dans d'autres lésions neurologiques ou dans le traitement de la douleur. En outre, cette technologie pourrait être utilisée pour créer de nouveaux types d'implants rétiniens.
Des recherches supplémentaires sont nécessaires avant que le film pigmentaire ne soit utilisé en clinique. Ces recherches sont menées dans le cadre d'un groupe de jeunes chercheurs indépendants financé par le Fonds scientifique autrichien (titre : LOGOS-TBI : Light-controlled OrGanic semicOnductor implantS for improved regeneration after Traumatic Brain Injury). Rienmüller, Schindl et Schmidt sont convaincus que "les premiers films pigmentaires pourront être implantés dans les deux prochaines années".
Note: Cet article a été traduit à l'aide d'un système informatique sans intervention humaine. LUMITOS propose ces traductions automatiques pour présenter un plus large éventail d'actualités. Comme cet article a été traduit avec traduction automatique, il est possible qu'il contienne des erreurs de vocabulaire, de syntaxe ou de grammaire. L'article original dans Anglais peut être trouvé ici.
Publication originale
Schmidt, T., Jakešová, M., Đerek, V., Kornmueller, K., Tiapko, O., Bischof, H., Burgstaller, S., Waldherr, L., Nowakowska, M., Baumgartner, C., M. Üçal, , Leitinger, G., Scheruebel, S., Patz, S., Malli, R., Głowacki, E. D., Rienmüller, T., Schindl, R., Light Stimulation of Neurons on Organic Photocapacitors Induces Action Potentials with Millisecond Precision. Adv. Mater. Technol. 2022, 2101159.
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