Des chercheurs de Cambridge ont introduit un dispositif révolutionnaire capable de s'enrouler autour de la moelle épinière pour permettre une surveillance et une stimulation détaillées, éliminant potentiellement le besoin de chirurgies cérébrales risquées dans le traitement des lésions médullaires. Crédit : Issues.fr.com
Un petit dispositif électronique flexible qui s'enroule autour de la moelle épinière pourrait représenter une nouvelle approche du traitement des lésions de la colonne vertébrale, qui peuvent entraîner un handicap profond et une paralysie.
Une équipe d’ingénieurs, de neuroscientifiques et de chirurgiens de l’Université de Cambridge a développé ces appareils et les a utilisés pour enregistrer les signaux nerveux circulant entre le cerveau et la moelle épinière. Contrairement aux approches actuelles, les appareils Cambridge peuvent enregistrer des informations à 360 degrés, donnant ainsi une image complète de l'activité de la moelle épinière.
Améliorer le traitement des blessures à la colonne vertébrale
Des tests sur des modèles d'animaux vivants et de cadavres humains ont montré que les appareils pouvaient également stimuler le mouvement des membres et contourner les lésions complètes de la moelle épinière où la communication entre le cerveau et la moelle épinière avait été complètement interrompue.
La plupart des approches actuelles pour traiter les lésions de la colonne vertébrale impliquent à la fois de percer la moelle épinière avec des électrodes et de placer des implants dans le cerveau, deux interventions chirurgicales à haut risque. Les dispositifs développés à Cambridge pourraient conduire à des traitements pour les lésions de la colonne vertébrale sans nécessiter de chirurgie cérébrale, ce qui serait bien plus sûr pour les patients.
Un nouveau dispositif de l'Université de Cambridge propose une approche plus sûre du traitement des lésions médullaires en s'enroulant autour de la moelle épinière pour une surveillance complète, réduisant potentiellement le besoin de chirurgie cérébrale. Crédit : Université de Cambridge
Avantages et potentiel à long terme
Bien que de tels traitements soient encore attendus dans au moins plusieurs années, les chercheurs affirment que les dispositifs pourraient être utiles à court terme pour surveiller l'activité de la moelle épinière pendant une intervention chirurgicale. Une meilleure compréhension de la moelle épinière, difficile à étudier, pourrait conduire à de meilleurs traitements pour diverses affections, notamment la douleur chronique, l’inflammation et l’hypertension. Les résultats sont rapportés aujourd'hui (8 mai) dans la revue Avancées scientifiques.
« La moelle épinière est comme une autoroute, transportant des informations sous forme d'influx nerveux vers et depuis le cerveau », a déclaré le professeur George Malliaras du Département d'ingénierie, qui a codirigé la recherche. « Les dommages à la moelle épinière entraînent l’interruption de cette circulation, entraînant un handicap profond, notamment une perte irréversible des fonctions sensorielles et motrices. »
La capacité de surveiller les signaux entrant et sortant de la moelle épinière pourrait grandement contribuer au développement de traitements pour les lésions de la colonne vertébrale, et pourrait également être utile à plus court terme pour une meilleure surveillance de la moelle épinière pendant une intervention chirurgicale.
Technologies de surveillance avancées
« La plupart des technologies de surveillance ou de stimulation de la moelle épinière n'interagissent qu'avec les motoneurones situés le long de la partie arrière ou dorsale de la moelle épinière », a déclaré le Dr Damiano Barone du Département de neurosciences cliniques, qui a codirigé la recherche. « Ces approches ne peuvent atteindre qu'entre 20 et 30 pour cent de la colonne vertébrale, vous obtenez donc une image incomplète. »
En s'inspirant de la microélectronique, les chercheurs ont développé un moyen d'obtenir des informations sur l'ensemble de la colonne vertébrale, en enroulant des implants très fins et à haute résolution autour de la circonférence de la moelle épinière. C’est la première fois qu’un enregistrement sûr à 360 degrés de la moelle épinière est possible – des approches antérieures pour la surveillance à 360 degrés utilisaient des électrodes qui transpercent la colonne vertébrale, ce qui peut provoquer des lésions médullaires.
Les dispositifs biocompatibles développés à Cambridge – d’une épaisseur de seulement quelques millionièmes de mètre – sont fabriqués à l’aide de techniques avancées de photolithographie et de dépôt de couches minces, et nécessitent une énergie minimale pour fonctionner.
Les appareils interceptent les signaux circulant sur les axones, ou fibres nerveuses, de la moelle épinière, permettant ainsi leur enregistrement. La finesse des appareils permet d'enregistrer les signaux sans causer de dommages aux nerfs, puisqu'ils ne pénètrent pas dans la moelle épinière elle-même.
« C'était un processus difficile, car nous n'avions jamais fabriqué d'implants rachidiens de cette manière auparavant, et il n'était pas clair que nous pourrions les placer en toute sécurité et avec succès autour de la colonne vertébrale », a déclaré Malliaras. « Mais grâce aux progrès récents en ingénierie et en neurochirurgie, les planètes se sont alignées et nous avons réalisé des progrès majeurs dans ce domaine important. »
Mise en œuvre et perspectives d’avenir
Les dispositifs ont été implantés selon une adaptation à une procédure chirurgicale de routine afin de pouvoir être glissés sous la moelle épinière sans l'endommager. Lors de tests utilisant des modèles de rats, les chercheurs ont utilisé avec succès les appareils pour stimuler le mouvement des membres. Les appareils présentaient une latence très faible, c’est-à-dire que leur temps de réaction était proche du mouvement réflexe humain. D'autres tests sur des modèles de cadavres humains ont montré que les dispositifs peuvent être placés avec succès chez l'homme.
Les chercheurs affirment que leur approche pourrait changer la façon dont les blessures à la colonne vertébrale seront traitées à l'avenir. Les tentatives actuelles pour traiter les lésions de la colonne vertébrale impliquent à la fois des implants cérébraux et rachidiens, mais les chercheurs de Cambridge affirment que les implants cérébraux pourraient ne pas être nécessaires.
« Si quelqu'un a une blessure à la colonne vertébrale, son cerveau va bien, mais c'est la connexion qui a été interrompue », a déclaré Barone. « En tant que chirurgien, vous voulez aller là où se situe le problème, donc ajouter une chirurgie cérébrale à une chirurgie de la colonne vertébrale ne fait qu’augmenter le risque pour le patient. Nous pouvons collecter toutes les informations dont nous avons besoin à partir de la moelle épinière d’une manière beaucoup moins invasive, ce qui constituerait donc une approche beaucoup plus sûre pour traiter les blessures à la colonne vertébrale.
Bien qu'un traitement pour les lésions de la colonne vertébrale soit encore loin, à plus court terme, les dispositifs pourraient être utiles aux chercheurs et aux chirurgiens pour en apprendre davantage sur cette partie vitale, mais peu étudiée, de l'anatomie humaine, de manière non invasive. Les chercheurs de Cambridge envisagent actuellement d'utiliser ces appareils pour surveiller l'activité nerveuse de la moelle épinière pendant une intervention chirurgicale.
« Il a été presque impossible d'étudier directement l'ensemble de la moelle épinière chez un humain, car elle est si délicate et complexe », a déclaré Barone. « La surveillance pendant la chirurgie nous aidera à mieux comprendre la moelle épinière sans l'endommager, ce qui nous aidera à développer de meilleures thérapies pour des conditions telles que la douleur chronique, l'hypertension ou l'inflammation. Cette approche montre un énorme potentiel pour aider les patients.
La recherche a été financée en partie par le Royal College of Surgeons, le Académie des Sciences MédicalesHealth Education England, le National Institute for Health Research et le Engineering and Physical Sciences Research Council (EPSRC), qui fait partie du UK Research and Innovation (UKRI).
