Un capteur biodégradable sans fil pourrait offrir aux médecins un moyen de surveiller les changements dans la chimie du cerveau sans nécessiter une deuxième opération pour retirer l’implant, selon une équipe internationale de chercheurs.
Dans une procédure peu invasive sur des souris, les chercheurs ont inséré un dispositif biodégradable sans fil dans la région profonde du cerveau d’une souris. L’appareil a recueilli des données sur les niveaux de dopamine, un neurotransmetteur important, et d’autres propriétés du cerveau, telles que les niveaux de pH, la température et l’électrophysiologie avant de se dissoudre sans danger dans le corps.
Étant donné que la dopamine est essentielle dans de nombreuses conditions liées aux neurones, un capteur biodégradable pour détecter le neurotransmetteur pourrait être utilisé par les médecins pour une gamme de traitements et d’opérations.
“La mesure directe de la dopamine peut être très importante en raison du rôle que jouent les neurotransmetteurs dans de nombreuses maladies liées aux neurones”, a déclaré Larry Cheng, professeur Dorothy Quiggle en ingénierie et associé de l’Institute for Computational and Data Sciences. “Je pense que les gens dans le passé ont examiné beaucoup d’autres paramètres sous forme de température, de fièvre ou de transpiration, entre autres. Ces paramètres connexes peuvent être très utiles lorsque nous n’avons pas la mesure directe, mais si nous pouvons avoir la mesure directe de ce neurotransmetteur à l’emplacement cible, et en temps réel, cela peut être certainement plus direct et encore plus utile, car les informations peuvent parfois être très difficiles à déduire en fonction de ces autres paramètres.
L’implant à base de silicium comprend un semi-conducteur appelé dichalcogénures de métaux de transition bidimensionnels, ou TMDC, qui sont considérés comme une classe émergente de matériaux de plus en plus utilisés dans les applications de nanoélectronique et de nanophotonique. La possibilité de manipuler ces TMDC atomiquement minces a permis aux scientifiques de concevoir l’implant pour qu’il soit biodégradable tout en conservant ses performances électriques et électrochimiques.
Pour rendre cela implantable, tout cet équipement doit être emballé dans une sonde mesurant environ 13 ou 14 millimètres de long, a déclaré Cheng. Pour la perspective, le diamètre d’une aspirine de force régulière est d’environ 14 millimètres.
“C’est vraiment pour l’ensemble de l’appareil, mais si nous parlons du capteur lui-même, c’est encore plus petit”, a déclaré Cheng, qui est également membre du Materials Research Institute.
L’équipe a ensuite testé l’appareil en insérant la sonde dans une section du cerveau de la souris appelée noyaux gris centraux.
Dans un cadre clinique, Cheng a déclaré que les patients porteraient un bandeau ou un autre type d’appareil pour relayer les signaux de l’implant à l’équipement que le personnel médical pourrait utiliser pour surveiller l’état des patients.
Selon les chercheurs, le principal avantage d’un appareil biodégradable est qu’il ne nécessiterait aucune autre intervention chirurgicale – ce qui ajoute des risques à la récupération – pour retirer l’appareil.
“Actuellement, après une récupération complète, l’appareil doit être retiré, sinon il y aura juste quelque chose à l’intérieur que nous n’aurons pas besoin d’utiliser”, a déclaré Cheng. “C’est pourquoi ici, l’appareil est conçu pour être biodégradable et après un certain temps et après avoir rempli sa fonction, il peut se dissoudre en toute sécurité. Ainsi, le patient n’aura pas besoin de passer par la deuxième opération chirurgicale pour retirer l’appareil.
Le grand nombre de produits chimiques, de matériaux et de conceptions qui pourraient être utilisés pour fabriquer cet appareil nécessitait des techniques informatiques avancées, selon Cheng. Il a ajouté que des ordinateurs étaient utilisés pour simuler différents produits chimiques et schémas de bio-ingénierie afin de trouver les matériaux et la conception idéaux pour détecter et mesurer la molécule cible, dans ce cas, la dopamine.
“Nous devons introduire le matériau pour modéliser le matériau 2D et la dopamine, puis vous devez vous assurer qu’ils sont stables”, a déclaré Cheng. “Nous devrons donc optimiser la structure initiale, puis nous étudierons plus avant l’interaction entre le matériau stabilisé et la dopamine.”
En fin de compte, l’équipe espère que l’appareil sera utilisé pour aider les patients humains, mais ils s’attendent à ce qu’un besoin immédiat soit pour les médecins engagés dans des études sur les animaux.
“Certaines des options de traitement potentielles peuvent d’abord être disponibles dans des études animales où l’implant pourrait aider les scientifiques à évaluer initialement la progression d’une maladie, la façon dont un patient se remet d’un traitement et l’efficacité de ce traitement”, a déclaré Cheng. “Ainsi, l’implant peut être très utile à utiliser simplement dans un modèle animal pour mieux étudier ces questions.”
Les travaux futurs pourraient viser à créer un capteur qui surveille d’autres aspects de la chimie du cerveau, au-delà de la détection de la dopamine, a déclaré Cheng.
Source de l’histoire :
Matériel fourni par État de Penn. Original écrit par Matt Swayne. Remarque : Le contenu peut être modifié pour le style et la longueur.
