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Une électrode injectable et flexible pourrait remplacer les implants rigides stimulant les nerfs

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Un type d'électrode qui peut être injectée sous forme liquide et ensuite guérir dans le corps, jette les bases d'un nouveau type de système d'interface neuronale.

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En stimulant électriquement les nerfs, les traitements de neuromodulation peuvent réduire les crises d'épilepsie, soulager la douleur chronique, traiter la dépression et traiter une foule d'autres problèmes de santé sans recourir aux médicaments conventionnels comme les opioïdes.

Aujourd'hui, les ingénieurs biomédicaux de l'Université du Wisconsin-Madison et leurs collaborateurs ont réalisé une avancée significative qui pourrait réduire considérablement le coût de la thérapie de neuromodulation, augmenter sa fiabilité et la rendre beaucoup moins invasive.

Avec un type d'électrode qui peut être injectée sous forme liquide et ensuite guérir dans le corps, les chercheurs ont jeté les bases d'un nouveau type de système d'interface neuronale.

Les chercheurs ont dévoilé leur création, injectrode, dans un article publié dans la revue Advanced Healthcare Materials.

De nos jours, les traitements de neuromodulation reposent sur des dispositifs implantés chirurgicalement qui peuvent coûter jusqu'à six chiffres, nécessitent des procédures complexes à installer et échouent souvent, étant donné qu'il s'agit de dispositifs rigides qui tentent de s'adapter aux tissus biologiques mous.

Le système des chercheurs s'appuie sur une nouvelle façon de penser.

"Vous pouvez injecter le liquide autour du nerf et il guérit dans le corps pour créer un contact filaire ", explique Kip Ludwig, professeur de génie biomédical et de chirurgie neurologique à l'UW-Madison. "Les implants typiques sont vraiment rigides, et lorsque le corps bouge, ils s'usent, se déchirent et se cassent. Notre liquide durcit, et le résultat est beaucoup plus proche de l'élasticité normale des tissus. On peut l'étirer et augmenter sa taille de 150% à 200% sans perdre sa conductivité."

Pour créer l'électrode d'injection, les chercheurs ont mélangé une base de silicone - semblable à de la colle chirurgicale - avec de petites particules métalliques pour rendre le liquide suffisamment conducteur.

Ils ont soumis leur appareil à une batterie de tests précliniques de la Food and Drug Administration (FDA) des États-Unis et l'ont utilisé pour induire des changements de fréquence cardiaque chez les porcs en stimulant leur nerf vague, une approche qui s'est révélée prometteuse pour traiter l'insuffisance cardiaque, l'hypertension et autres maladies.

"Nous avons essentiellement passé en revue le répertoire standard des tests électrochimiques pour montrer que ce type d'électrodes se comporte comme un fil-électrode standard qui pourrait être utilisé pour stimuler le nerf ", explique James Trevathan, chercheur postdoctoral dans le laboratoire de Ludwig et premier auteur de l'étude.

Ludwig est co-auteur de l'étude et a cofondé Neuronoff, une société basée sur l'injection, avec Andrew Shoffstall, professeur de génie biomédical à la Case Western Reserve University et Manfred Franke, PDG de Neuronoff. Ils font également partie d'une équipe multi-institutionnelle qui a récemment obtenu une subvention de 2,1 millions de dollars des National Institutes of Health pour développer davantage le système afin de stimuler les nerfs spinaux comme alternative non opioïde au traitement des douleurs chroniques au dos.

L'article et la subvention représentent les premières étapes cruciales d'un effort plus vaste visant à créer un système peu invasif pour la stimulation neurale.

Dans le cadre de la subvention du NIH, les chercheurs mettent à l'essai un système dans le cadre duquel ils injectent le fluide autour du nerf, puis extrudent une mince ficelle isolée du matériau jusqu'à la surface de la peau, où ils injectent une plus grande quantité du matériau composite. Ensuite, ils peuvent utiliser une unité de stimulation électrique transcutanée de base, ou TENS, pour stimuler le nerf à partir de la surface de la peau, ce qui rend l'ensemble moins coûteux et plus adaptable que les électrodes implantées traditionnelles.

"Nous faisons un pontage de la surface de la peau jusqu'à l'endroit que nous voulons stimuler ", dit Ludwig, qui envisage d'utiliser éventuellement un système chirurgical robotisé pour une procédure qui ressemblerait à un tatouage. "Au fur et à mesure que nous apprenons à nous interfacer avec le système nerveux, nous ne sommes pas limités à ce que nous avons implanté par une intervention chirurgicale invasive. Nous pouvons changer notre façon de stimuler, de parler au nerf, parce que nous ne faisons que renvoyer notre connexion à ce nerf profond à la surface de la peau."