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Des chercheurs du MIT impriment en 3D des implants cérébraux souples

Publié le 2 avril 2020 par Mélanie R.
sonde neurale imprimée en 3D

Au sein du MIT, une équipe de chercheurs travaillent actuellement sur l’impression 3D de sondes neurales, aussi souples et flexibles que le caoutchouc. Traditionnellement conçues en métal, cela permettrait d’avoir un implant cérébral qui s’adapte mieux aux contours de notre cerveau, évitant alors les inflammations et l’accumulation de tissu cicatriciel. Pour l’instant, l’équipe en est encore à cette phase de tests : elle aurait implanté cette sonde neurale imprimée en 3D à partir d’un polymère conducteur chez une souris et aurait pu obtenir une image plus précise de l’activité de son cerveau. 

Dans le secteur médical, et plus particulièrement dans en dentisterie, la fabrication additive apporte son aide pour concevoir des implants sur-mesure, plus adaptés à la morphologie de chaque patient. Mais elle peut également servir à toute la phase de recherche et développement, à comprendre des structures complexes et à faciliter le déploiement de solutions. Quand il s’agit de l’étude du cerveau par exemple, sûrement le plus complexe de nos organes vitaux, l’impression 3D peut aider à concevoir des dispositifs d’étude, de test, de surveillance, etc. L’équipe de Xuanhe Zhao, professeur de génie mécanique et de génie civil et environnemental au MIT, a donc utilisé les technologies 3D pour imaginer des implants cérébraux souples, capables de surveiller l’activité de l’organe sur de longues périodes, sans aggraver les tissus environnants.

L’impression 3D de l’électrode (crédits photo : MIT)

Le recours à l’impression 3D polymère

Partant du constat que les électrodes et implants métalliques n’étaient pas adaptés sur le long terme, les chercheurs ont opté pour un polymère qui devait être conducteur. Aujourd’hui la plupart des solutions qui existent sur le marché sont utilisées comme des revêtements antistatiques, présents donc sous une forme liquide. Hyunwoo Yuk, étudiant diplômé du groupe de Zhao au MIT, ajoute : “Cette forme liquide est surtout destinée aux revêtements homogènes, et il est difficile de l’utiliser pour des motifs bidimensionnels à haute résolution. En 3D, c’est impossible.” Les chercheurs ont donc dû développer une forme plus pâteuse, une sorte d’hydrogel.

Le polymère utilisé est un PEDOT:PSS qui un matériau conducteur généralement fourni sous la forme d’une encre liquide bleue foncé. L’équipe explique qu’elle a lyophilisé ce matériau, éliminant le liquide pour obtenir une matrice sèche composée de nanofibres conductrices. Seules, celles-ci se casseraient : c’est pourquoi elles auraient été mélangées à un hydrogel composé d’eau de solvant organique. 5 à 8% de nanofibres auraient été ajoutées pour obtenir une pâte semblable à du dentifrice. Cette épaisseur permettra de l’extruder beaucoup plus facilement et de créer les dispositifs imprimés en 3D voulus.

Une sonde neurale imprimée en 3D

Afin de tester leur matériau, l’équipe du MIT a imprimé en 3D une petite électrode caoutchouteuse, pas plus grand qu’un morceau de confetti. Elle serait composée d’une couche de polymère flexible et transparent sur laquelle les chercheurs ont extrudé le polymère conducteur en fines ligne parallèles. Celles-ci convergeraient toutes vers un seul et même point, assez petit pour capter les signaux électriques d’un seul neurone (environ 10 microns de large). Cette électrode aurait été implantée dans le cerveau d’une souris : l’équipe a pu capter avec succès un de ses neurones et ainsi suivre son activité cérébrale. Le professeur Zhao explique : « Traditionnellement, les électrodes sont des fils métalliques rigides, et une fois qu’il y a des vibrations, ces électrodes métalliques pourraient endommager les tissus. Nous avons montré que l’on pouvait maintenant insérer une sonde de gel au lieu d’une aiguille. En plus, la sensibilité de cette électrode est plus élevée. »

Les chercheurs ont également conçu un réseau multi-électrodes (crédits photo : MIT)

En plus de la sonde neurale, l’équipe a également fabriqué un réseau de multi-électrodes – un petit carré de plastique de la taille d’un Post-it, imprimé avec des électrodes très fines. Tous ces tests pourraient être des plus utiles pour adapter les thérapies et les implants cérébraux à long terme pour une variété de troubles neurologiques. C’est en tout cas un cas d’application plein de promesses pour l’étude du cerveau ! Vous pouvez retrouver davantage d’informations ICI.

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