L’impression 3D permet de fabriquer des électrodes adaptées à chaque cerveau

Pour enregistrer l’activité cérébrale, les neurochirurgiens placent à la surface du cerveau des capteurs appelés bioélectrodes. Il s’agit de fines lamelles qui captent les signaux émis par les neurones. Le problème est qu’elles sont fabriquées selon un modèle unique, conçu pour convenir à tous les patients de la même manière, alors qu’en réalité, la disposition des plis du cortex, notamment des circonvolutions et des sillons, varie d’une personne à l’autre en fonction de l’âge, du sexe, du poids ou de la taille.

Une équipe de l’Université d’État de Pennsylvanie, dirigée par le professeur Tao Zhou, vient de publier une alternative dans Advanced Materials : des bioélectrodes en hydrogel imprimées en 3D à partir de l’IRM du patient lui-même.

Le processus de fabrication de ce capteur sur mesure est plus « simple » qu’il n’y paraît. Une IRM sert de point de départ. À partir de celle-ci, on effectue une analyse par éléments finis, « un processus qui crée une simulation détaillée de la structure neuronale d’une personne », puis on reconstitue un modèle 3D. Un logiciel conçoit ensuite une électrode dont la forme épouse les crêtes et les sillons spécifiques de ce cerveau. Enfin, ce modèle est imprimé par « direct ink writing » ou écriture directe à l’encre.

Ce matériau, un hydrogel à forte teneur en eau, se comporte comme les tissus mous. Afin qu’il ne perde pas en résistance lorsqu’il se ramollit, Tao Zhou et son équipe ont opté pour une architecture inspirée d’un nid d’abeilles. La pièce est plus légère, utilise moins de matériau et se fabrique rapidement.

Les chercheurs ont fabriqué des électrodes sur mesure pour 21 cerveaux différents et ont mesuré leur adhérence à la surface corticale. Dans tous les cas, l’ajustement s’est avéré supérieur à celui des modèles traditionnels. Testés sur des rats pendant 28 jours, les capteurs ont fonctionné sans provoquer de réponse immunitaire ni de dégradation du signal, et sans interférer avec la circulation du liquide céphalo-rachidien, ce que les électrodes rigides ont tendance à perturber.

L’équipe envisage ce travail comme une base pour de futures applications cliniques. Dans un premier temps, la surveillance des maladies neurodégénératives, puis, plus tard, leur traitement. L’idée est qu’un hôpital puisse recevoir une IRM le matin et remettre au neurochirurgien, le même après-midi, une électrode imprimée selon l’anatomie exacte du patient.

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*Foto de portada: Bioelectrodos flexibles con estructura en forma de panal de abeja para permitirles estirarse sobre la superficie del cerebro sin perder resistencia. Créditos de todas las fotos: Tao Zhou/Penn State.