Des chercheurs de l'Université de Cambridge ont développé un nouveau type de dispositif flexible capable de s'enrouler autour des fibres nerveuses sans causer de dommages, en utilisant des techniques issues de l'électronique flexible et de la robotique douce. (Concept de l'artiste.) Crédit : Issues.fr.com
Des chercheurs de Cambridge ont créé des dispositifs flexibles et peu invasifs qui peuvent envelopper les nerfs, offrant ainsi de nouvelles façons de traiter les affections neurologiques et de contrôler les prothèses.
Les chercheurs ont développé de minuscules dispositifs flexibles capables de s’enrouler autour de fibres nerveuses individuelles sans les endommager.
Les chercheurs de l'Université de Cambridge ont combiné des techniques d'électronique flexible et de robotique douce pour développer des dispositifs qui pourraient être utilisés pour le diagnostic et le traitement d'une série de troubles, notamment l'épilepsie et la douleur chronique, ou pour le contrôle de membres prothétiques.
Progrès dans les interfaces nerveuses périphériques
Les outils actuels d’interface avec les nerfs périphériques – les 43 paires de nerfs moteurs et sensoriels qui relient le cerveau et la moelle épinière – sont obsolètes, volumineux et comportent un risque élevé de lésions nerveuses. Cependant, les « brassards » nerveux robotisés développés par l'équipe de Cambridge sont suffisamment sensibles pour saisir ou enrouler autour des fibres nerveuses délicates sans causer de dommages.
Des tests sur les manchettes nerveuses chez des rats ont montré que les dispositifs ne nécessitent que de minuscules tensions pour changer de forme de manière contrôlée, formant ainsi une boucle à fermeture automatique autour des nerfs sans avoir recours à des sutures chirurgicales ou à des colles.
Applications et avantages potentiels
Les chercheurs affirment que la combinaison d’actionneurs électriques doux avec la neurotechnologie pourrait être une réponse à la surveillance et au traitement mini-invasifs d’une gamme de conditions neurologiques. Les résultats sont rapportés aujourd'hui (26 avril) dans la revue Matériaux naturels.
Les implants nerveux électriques peuvent être utilisés pour stimuler ou bloquer les signaux dans les nerfs cibles. Par exemple, ils pourraient aider à soulager la douleur en bloquant les signaux de douleur, ou ils pourraient être utilisés pour restaurer le mouvement des membres paralysés en envoyant des signaux électriques aux nerfs. La surveillance nerveuse est également une procédure chirurgicale standard lors d'opérations dans des zones du corps contenant une forte concentration de fibres nerveuses, comme n'importe où près de la moelle épinière.
Ces implants permettent un accès direct aux fibres nerveuses, mais ils comportent certains risques. « Les implants nerveux comportent un risque élevé de lésion nerveuse », a déclaré le professeur George Malliaras du département d'ingénierie de Cambridge, qui a dirigé la recherche. « Les nerfs sont petits et très délicats, donc chaque fois que vous mettez quelque chose de gros, comme une électrode, en contact avec eux, cela représente un danger pour les nerfs. »
Défis et innovations dans la conception du brassard nerveux
« Les brassards nerveux qui entourent les nerfs sont les implants les moins invasifs actuellement disponibles, mais malgré cela, ils restent trop volumineux, rigides et difficiles à implanter, nécessitant une manipulation importante et un traumatisme potentiel du nerf », a déclaré le co-auteur, le Dr Damiano Barone. du Département des neurosciences cliniques de Cambridge.
Les chercheurs ont conçu un nouveau type de manchette nerveuse fabriquée à partir de polymères conducteurs, normalement utilisés en robotique douce. Les poignets ultra fins sont conçus en deux couches distinctes. L’application de petites quantités d’électricité – quelques centaines de millivolts seulement – fait gonfler ou rétrécir les appareils.
Les brassards sont suffisamment petits pour pouvoir être enroulés dans une aiguille et injectés près du nerf cible. Lorsqu'ils sont activés électriquement, les brassards changent de forme pour s'enrouler autour du nerf, permettant ainsi de surveiller ou de modifier l'activité nerveuse.
« Pour garantir l'utilisation sûre de ces dispositifs à l'intérieur du corps, nous avons réussi à réduire la tension requise pour l'actionnement à des valeurs très faibles », a déclaré le Dr Chaoqun Dong, premier auteur de l'article. « Ce qui est encore plus significatif, c'est que ces brassards peuvent changer de forme dans les deux sens et être reprogrammés. Cela signifie que les chirurgiens peuvent ajuster le degré d’ajustement du dispositif autour d’un nerf jusqu’à obtenir les meilleurs résultats pour enregistrer et stimuler le nerf.
Orientations futures et implications cliniques
Des tests sur des rats ont montré que les brassards pouvaient être placés avec succès sans intervention chirurgicale et formaient une boucle à fermeture automatique autour du nerf cible. Les chercheurs prévoient de poursuivre les tests des dispositifs sur des modèles animaux et espèrent commencer les tests sur les humains au cours des prochaines années.
« Grâce à cette approche, nous pouvons atteindre des nerfs difficiles à atteindre par chirurgie ouverte, tels que les nerfs qui contrôlent la douleur, la vision ou l'audition, mais sans qu'il soit nécessaire d'implanter quoi que ce soit à l'intérieur du cerveau », a déclaré Barone. « La possibilité de placer ces brassards de manière à ce qu'ils s'enroulent autour des nerfs rend cette procédure beaucoup plus facile pour les chirurgiens et moins risquée pour les patients. »
« La capacité de fabriquer un implant capable de changer de forme grâce à une activation électrique ouvre une gamme de possibilités futures pour des traitements hautement ciblés », a déclaré Malliaras. « À l’avenir, nous pourrons peut-être avoir des implants capables de se déplacer à travers le corps, voire même dans le cerveau – cela fait rêver à la façon dont nous pourrions utiliser la technologie au profit des patients à l’avenir. »
La recherche a été soutenue en partie par le Fonds national suisse, le Cambridge Trust et le Conseil de recherche en ingénierie et en sciences physiques (EPSRC), qui fait partie du UK Research and Innovation (UKRI).
