Un capteur biodégradable surveille le cerveau de l'intérieur

Une équipe américaine a réussi à concevoir un biocapteur implantable dans le cerveau qui se dissout après usage. Un dispositif médical qui pourrait avoir de multiples applications.

Ce dispositif implantable mesure en temps réel la pression et la température à l’intérieur du cerveau. © J. Rogers, University of Illinois

RÉSORBABLES. Il n’est pas plus gros qu’un grain de riz avec une longueur de 2 mm, une largeur de 1 mm et une épaisseur d’à peine 0,08 mm. Un second prototype occupe à peine plus place. Tous deux sont des dispositifs implantables conçus pour mesurer en temps réel la pression et la température à l’intérieur du cerveau. Surtout, ils ont l’extraordinaire capacité à disparaître dans un délai de quelques jours après leur mise en place dans l’organe. Ces dispositifs complètement résorbables permettraient ainsi d’éviter les risques inhérents à la pose d’un matériel étranger, à savoir la survenue toujours possible d’une infection, d’une réaction inflammatoire, ou encore d’une migration. Implantés chez le rat, ces biosenseurs sont composés d’une membrane polymère en acide polylactique et acide glycolique (PLGA) scellée à un microcouche nanoporeuse de silicone, associée à une nanomembrane de silicium, elle-même recouverte d’une surcouche en dioxyde de silicium destinée pendant un temps à faire barrière aux fluides intracorporels.

Mesure des paramètres physico-chimiques

Implantés chez les rongeurs, dans la cavité intracrânienne, ces microdispositifs médicaux se sont montrés capables de mesurer divers paramètres physico-chimiques, avec une précision comparables à des biocapteurs standard, eux, non résorbables. Il est ainsi possible d’évaluer quantitativement la pression, la température, le pH. Ce biosenseur électronique peut servir en même temps de dispositif chauffant et de thermostat, et même de capteur de la conductivité thermique. Bref, un biosenseur multi-usages capable une fois implanté dans un site anatomique de s’auto-détruire sous l’action de l’hydrolyse et du métabolisme du tissu qui l’accueille via hydrolyse et action métabolique des cellules avoisinantes, autrement dit sous l’effet conjugué d’une dissolution de l’eau et d’une digestion enzymatique cellulaire.

S'auto-dissoudre au sein d'un organe

Ces dispositifs sont dotés d’une étonnante capacité : ils peuvent s’auto-dissoudre au sein de l’organe, du tissu ou de la cavité anatomique au sein de laquelle ils ont été placés. En effet, les chercheurs en sciences des matériaux et d'ingénierie de l’université d’Urbana (Illinois, Etats-Unis), en collaboration avec des scientifiques de Singapour et de Corée du Sud,  rapportent dans la revue Nature que les produits de dégradation de ces biosenseurs sont biocompatibles une fois immergés en solution, notamment sous l’action du liquide céphalo-rachidien (LCR) pour ce qui est du dispositif, biocompatible et biodégradable, implanté dans le cerveau.

Ces biosenseurs permettent de réaliser des mesures fiables pendant une durée de 6 semaines ; ce qui autoriserait, un jour, de pouvoir les utiliser pour surveiller l’évolution de la température et de la pression au sein de la boîte crânienne chez des patients souffrant d’un traumatisme cérébral. Les chercheurs estiment qu’il est possible en modifiant la composition chimique de certains éléments et en renforçant l’épaisseur du biosenseur qu’il puisse fonctionner sur une plus longue durée.

Dans une autre série d’expériences, ce biosenseur miniaturisé a été relié à des fils métalliques biodégradables en molybdène, reliés via un module (partiellement résorbable) de transmission sans fil des données à une plateforme d’enregistrement. Pas plus épais que les fils utilisés pour des points de suture, ce câblage en molybdène effleurait à la surface cutanée de la tête des rongeurs et envoyait des informations sur la pression et la température du cerveau de ces animaux.

Au bout quelques semaines, le dispositif va se dissoudre sous l’action de l’hydrolyse et du métabolisme du tissu qui l’accueille (©J. Rogers, University of Illinois)

Bientôt dans l'abdomen et dans les muscles ?

Jusqu’à présent uniquement placés dans l’espace intracrânien, ces biosenseurs dégradables pourraient également être implantés dans d’autres organes, notamment au niveau de l’abdomen. En effet, ils pourraient permettre de surveiller la pression abdominale lors d’un "syndrome compartimental abdominal", pathologie caractérisée par une hyperpression rapide et incontrôlée de la pression dans l’abdomen  et une défaillance de fonctionnement d’un organe (souvent le rein, parfois la rate ou le foie) et associée à une chute du débit cardiaque. Ces biosenseurs pourraient également servir à surveiller la pression dans le syndrome des loges imputable à un manque d’apport vasculaire dans les muscles suite à une augmentation anormale de la pression dans un compartiment peu ou pas extensible, de ce que l’on appelle une « loge » musculaire. Cette augmentation anormale de pression compromet la circulation sanguine et par conséquent les structures nerveuses et musculaires situées à l’intérieur de cet espace. Il se produit ainsi une rupture d’équilibre entre le contenant (les muscles) et contenu (la loge).

Utile chez les victimes d'AVC ?

Selon les auteurs, au prix de certaines modifications, ces biosenseurs pourraient également être implantés par chirurgie guidée en profondeur dans le cerveau. L’implantation de tels dispositifs à proximité immédiate de la zone lésée par un accident vasculaire cérébral (AVC), permettrait de surveiller la pression, la température, le pH et d’autres paramètres physico-chimiques afin de dépister une éventuelle agression cérébrale secondaire, autrement dit la survenue de complications au décours du traumatisme cérébral primaire. Enfin, selon les auteurs, il serait envisageable d’utiliser ces micro-dispositifs médicaux pour évaluer les effets d’un manque d’oxygénation (ischémie aiguë ou chronique) au niveau du cœur, des membres, d’organes transplantés. Sans aucun doute, un aperçu de la médecine de demain où de tels dispositifs surveilleront, enregistreront, stimuleront, avec pour objectif de mieux diagnostiquer et traiter.

http://www.sciencesetavenir.fr/sante/cerveau-et-psy/20160120.OBS3081/un-capteur-biodegradable-surveille-votre-cerveau-de-l-interieur.html