Un avenir prometteur pour les interfaces bioélectroniques souples

© 2021 EPFL

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Les résultats montrent une compatibilité IRM, une bonne manipulation chirurgicale et un enregistrement fiable dans des interfaces bioélectroniques qui sont conformes au système nerveux

Une étude récente publiée dans la revue Advanced Science et menée par des chercheurs du Laboratoire d’interfaces bioélectroniques souples (LSBI) de la faculté des sciences et techniques de l'ingénieur, dirigé par la professeure Stéphanie P. Lacour, a révélé une compatibilité IRM dans leurs réseaux d’électrodes souples – une étape déterminante pour l’intégration dans des applications cliniques. Soutenus par le Wyss Center, ces travaux confirment également l’enregistrement fiable de ces réseaux d’électrodes souples dans des modèles animaux, et la manipulation chirurgicale dans l’anatomie humaine.

Les implants neuronaux peuvent être utilisés pour diagnostiquer et traiter des troubles neurologiques comme l’épilepsie par enregistrement électrique depuis la surface du cerveau pendant la chirurgie. Cependant, le succès durable des interfaces neuronales actuelles est limité par le décalage mécanique entre les composants électroniques rigides et les tissus vivants mous. 

Au laboratoire LSBI, les progrès en matière de composants électroniques extensibles ont permis le développement de réseaux d’électrodes optimisés pour l’anatomie humaine à l’aide de minces films de silicone. Ce matériau possède les mêmes propriétés mécaniques que la dure-mère, la membrane recouvrant le cerveau, et peut ainsi se conformer à sa forme complexe.

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En collaboration avec des cliniciens d’hôpitaux locaux, avec la Prof. Jocelyne Bloch au CHUV (Lausanne) et le Prof. Karl Schaller aux HUG (Genève), l’équipe du laboratoire LSBI a testé la manipulation chirurgicale des réseaux d’électrodes souples dans l’anatomie humaine dans le cadre d’une autopsie. Les cliniciens ont découvert que les implants souples peuvent être manipulés aussi facilement que les dispositifs actuels, et qu’ils se conforment mieux à la forme du tissu cérébral. Les matériaux souples ont permis aux réseaux conformables de suivre les contours des plis du cerveau tels que le sillon latéral, qui contient des aires cérébrales impliquées dans la parole et l’ouïe, et qui n’est pas accessible avec les dispositifs actuels. 

Une fois implantés, les réseaux d’électrodes souples ont pu être visualisés à l’aide d’un puissant scanner IRM 3T clinique et ont montré avec précision l’emplacement des électrodes dans le sillon ainsi que le tissu cérébral environnant. 

«En utilisant de minces membranes de silicone, nous avons créé des dispositifs que le neurochirurgien peut manipuler facilement tout en permettant encore un bon contact avec le cerveau, un parfait compromis», affirme Florian Fallegger, post doc au LSBI et principal auteur de l’article.

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Les dispositifs sont créés à l’aide de procédures de microfabrication empruntées à l’industrie de l’électronique intégrée, ce qui permet d’adapter la forme des électrodes aux besoins de l’utilisateur. Dans le cadre de cette étude, la capacité des différentes conceptions d’électrode à enregistrer l’activité cérébrale a été mesurée dans des modèles de mini-porc en collaboration avec des scientifiques de Clinatec (Grenoble). 

«Ces travaux soulignent nos efforts d’intégration d’une nouvelle technologie innovante dans des applications cliniques», déclare la professeure Stéphanie Lacour, titulaire de la Chaire Fondation Bertarelli en technologie neuroprosthétique de l’EPFL. «En impliquant dès le départ des ingénieurs, des neuroscientifiques et des cliniciens dans le processus de recherche, nous améliorons nos chances de réussite.»

Grâce aux résultats des travaux collaboratifs, cette technologie est aujourd’hui intégrée dans des applications cliniques par une spin-off du laboratoire LSBI, Neurosoft Bioelectronics. Le Wyss Center travaille avec l’équipe de Neurosoft Bioelectronics pour aider à valider l’usage de leurs électrodes chez les êtres humains et à organiser une éventuelle commercialisation.