Photo au microscope électronique à balayage de l’un des réseaux de transistors à effet de champ.
Lorsqu’on étudie les troubles cardiaques, il est important de savoir comment les signaux électriques se propagent dans le tissu cardiaque, et même dans les cellules cardiaques individuelles. Un nouvel outil sensoriel pop-up pourrait bientôt fournir ces informations, avec plus de détails que jamais auparavant.
Actuellement en cours de développement à l’université de Californie à San Diego, le dispositif se présente sous la forme d’un substrat polymère plat, parsemé d’un réseau 3D de capteurs microscopiques à pointe acérée.
Ces capteurs, appelés transistors à effet de champ (FET), sont si petits qu’ils peuvent percer la membrane externe de cellules cardiaques individuelles sans les endommager – en fait, il est même possible que deux FET percent la même cellule en même temps, à deux endroits de la cellule. Les capteurs sont recouverts de molécules organiques appelées phospholipides, qui empêchent le système immunitaire de considérer les FET comme des corps étrangers.
Une fois en place sur le cœur, le réseau de transistors à effet de champ devrait pouvoir mesurer à la fois la direction et la vitesse des signaux électriques lorsqu’ils se déplacent dans le tissu cardiaque et dans les cellules elles-mêmes.
Une matrice FET à échelle réduite est testée sur un échantillon de tissu cardiaque artificiel.
Jusqu’à présent, la technologie a été testée sur des cultures de cellules de muscle cardiaque et sur du tissu cardiaque artificiel. Ces expériences ont déjà révélé que les signaux électriques se déplacent à l’intérieur des cellules près de cinq fois plus vite qu’entre les cellules. Si cette différence s’avérait encore plus radicale chez un patient donné, cela pourrait indiquer un trouble spécifique.
« Disons que vous mesurez la vitesse du signal dans une cellule et la vitesse du signal entre deux cellules », explique Yue Gu, premier auteur d’un article sur l’étude. « S’il y a une très grande différence entre ces deux vitesses – c’est-à-dire si la vitesse intercellulaire est beaucoup, beaucoup plus petite que la vitesse intracellulaire – alors il est probable que quelque chose ne va pas à la jonction entre les cellules, peut-être à cause d’une fibrose. »
Le dispositif a été créé en fabriquant initialement les transistors à effet de champ sous forme de formes bidimensionnelles, puis en collant des parties spécifiques de ces formes à une feuille d’élastomère préétirée. Lorsqu’on a ensuite laissé cette feuille se détendre, elle s’est déformée à l’endroit où elle était collée aux FET, ce qui a permis à leurs pointes de se dresser.
Les scientifiques travaillent maintenant à l’implantation de la matrice FET sur le cœur d’un animal vivant, dans l’espoir qu’elle puisse un jour être utilisée sur des humains. Ils pensent que cette technologie pourrait également être utilisée pour surveiller l’activité électrique dans (et entre) les neurones du cerveau.
