De nouveaux implants cérébraux thérapeutiques pourraient rendre la chirurgie inutile.

Des chercheurs du MIT ont créé des dispositifs électroniques sans fil microscopiques qui circulent dans le sang et s'implantent dans des régions cibles du cerveau, où ils fournissent une stimulation électrique.

Et si les médecins pouvaient implanter de minuscules puces électroniques dans le cerveau, capables de stimuler électriquement une cible précise, grâce à une simple injection dans le bras ? Cela pourrait un jour permettre de traiter des maladies cérébrales mortelles ou invalidantes, tout en éliminant les risques et les coûts liés à la chirurgie.

Des chercheurs du MIT ont franchi une étape majeure vers la concrétisation de ce scénario. Ils ont mis au point des dispositifs bioélectroniques microscopiques et sans fil capables de circuler dans le système circulatoire et de s'implanter de manière autonome dans une région ciblée du cerveau, où ils permettraient de délivrer un traitement ciblé.

Dans une étude menée sur des souris, les chercheurs ont démontré qu'après injection, ces implants minuscules pouvaient identifier et se déplacer vers une région cérébrale spécifique sans intervention humaine. Une fois en place, ils pouvaient être alimentés sans fil pour délivrer une stimulation électrique précise à la zone ciblée. Cette stimulation, appelée neuromodulation, s'est révélée prometteuse pour le traitement des tumeurs cérébrales et de maladies telles que la maladie d'Alzheimer et la sclérose en plaques.

De plus, comme les dispositifs électroniques sont intégrés à des cellules biologiques vivantes avant d'être injectés, ils ne sont pas attaqués par le système immunitaire et peuvent franchir la barrière hémato-encéphalique sans l’endommager. Ceci préserve la protection essentielle du cerveau assurée par cette barrière.

Les chercheurs ont démontré l'utilisation de cette technologie, qu'ils appellent « circulatronique », pour cibler l'inflammation cérébrale, un facteur majeur dans la progression de nombreuses maladies neurologiques. Ils montrent que les implants peuvent assurer une neuromodulation localisée en profondeur dans le cerveau, avec une grande précision, à quelques microns près autour de la zone cible.

De plus, les implants biocompatibles n'endommagent pas les neurones environnants.

Alors que les implants cérébraux nécessitent généralement des centaines de milliers de dollars de frais médicaux et des interventions chirurgicales risquées, la technologie circulatronique a le potentiel de rendre les implants cérébraux thérapeutiques accessibles à tous en éliminant le besoin de chirurgie, explique Deblina Sarkar, professeure associée de développement de carrière AT&T au MIT Media Lab et au MIT Center for Neurobiological Engineering, directrice du Nano-Cybernetic Biotrek Lab et auteure principale d'une étude sur ces travaux.

Elle est accompagnée dans cette publication par Shubham Yadav, doctorant au MIT et premier auteur de l'article, ainsi que par d'autres chercheurs du MIT, du Wellesley College et de l'Université Harvard. Ces travaux sont publiés aujourd'hui dans la revue Nature Biotechnology .

Implants hybrides

L'équipe travaille sur la circulatronique depuis plus de six ans. Ces dispositifs électroniques, dont la taille est environ un milliardième de celle d'un grain de riz, sont composés de couches de polymères semi-conducteurs organiques prises en sandwich entre des couches métalliques, créant ainsi une hétérostructure électronique.

Ces dispositifs sont fabriqués à l'aide de procédés compatibles CMOS dans les installations de MIT.nano, puis intégrés à des cellules vivantes pour créer des hybrides cellule-électronique. Pour ce faire, les chercheurs détachent les dispositifs de la plaquette de silicium sur laquelle ils sont fabriqués, afin qu'ils flottent librement dans une solution.

« Les composants électroniques fonctionnaient parfaitement lorsqu'ils étaient fixés au substrat, mais une fois détachés, ils ne fonctionnaient plus. Il nous a fallu plus d'un an pour résoudre ce problème », explique Sarkar.

Leur fonctionnement repose sur le rendement élevé de conversion d'énergie sans fil des minuscules composants électroniques. Ceci permet aux dispositifs d'agir en profondeur dans le cerveau tout en captant suffisamment d'énergie pour la neuromodulation.

Les chercheurs utilisent une réaction chimique pour lier les dispositifs électroniques aux cellules. Dans cette nouvelle étude, ils ont fusionné ces dispositifs avec un type de cellules immunitaires appelées monocytes, qui ciblent les zones d'inflammation dans l'organisme. Ils ont également utilisé un colorant fluorescent, ce qui leur a permis de suivre les dispositifs lors de leur passage à travers la barrière hémato-encéphalique intacte et de leur auto-implantation dans la région cérébrale ciblée.

Dans cette étude, les chercheurs ont exploré l'inflammation cérébrale et espèrent utiliser différents types de cellules et les modifier génétiquement pour cibler des régions spécifiques du cerveau.

« Notre système hybride cellule-électronique allie la polyvalence de l'électronique aux capacités de transport biologique et de détection biochimique des cellules vivantes », explique Sarkar. « Les cellules vivantes camouflent les composants électroniques, les protégeant ainsi du système immunitaire et leur permettant de circuler librement dans le sang. Cela leur permet également de franchir la barrière hémato-encéphalique intacte sans intervention invasive. »

Pendant environ quatre ans, l'équipe a essayé de nombreuses méthodes pour franchir de manière autonome et non invasive la barrière hémato-encéphalique avant de perfectionner cette technique d'intégration cellulaire.

De plus, grâce à leur taille infime, les dispositifs circulatroniques offrent une précision bien supérieure à celle des électrodes conventionnelles. Ils peuvent s'auto-implanter, créant ainsi des millions de sites de stimulation microscopiques qui épousent parfaitement la forme de la zone cible.

Leur petite taille permet également à ces dispositifs biocompatibles de coexister avec les neurones sans leur causer de dommages. Grâce à une série de tests de biocompatibilité, les chercheurs ont constaté que la circulatronique peut s'intégrer sans danger parmi les neurones sans perturber les processus cérébraux liés à la cognition ou au mouvement.

Une fois les dispositifs auto-implantés dans la région cible, un clinicien ou un chercheur utilise un émetteur externe pour fournir des ondes électromagnétiques, sous forme de lumière proche infrarouge, qui alimentent la technologie et permettent la stimulation électrique des neurones.

Cibler les maladies mortelles

Le laboratoire Sarkar travaille actuellement au développement de sa technologie pour traiter de multiples maladies, notamment le cancer du cerveau, la maladie d'Alzheimer et les douleurs chroniques.

La taille réduite et la capacité d'auto-implantation des dispositifs circulatroniques pourraient les rendre particulièrement adaptés au traitement des cancers du cerveau tels que le glioblastome, qui provoque des tumeurs à plusieurs endroits, dont certaines sont trop petites pour être détectées par imagerie. Ils pourraient également ouvrir de nouvelles perspectives pour le traitement de cancers particulièrement mortels comme le gliome pontique intrinsèque diffus, une tumeur agressive du tronc cérébral généralement inopérable.

« Il s’agit d’une plateforme technologique qui pourrait servir à traiter de nombreuses maladies cérébrales et troubles mentaux », explique Sarkar. « De plus, cette technologie ne se limite pas au cerveau et pourrait être étendue à d’autres parties du corps à l’avenir. »

Les chercheurs espèrent faire passer cette technologie à des essais cliniques d'ici trois ans grâce à la start-up  Cahira Technologies, récemment lancée .

Ils explorent également l'intégration de circuits nanoélectroniques supplémentaires dans leurs dispositifs afin de permettre des fonctionnalités telles que la détection, l'analyse de données sur puce basée sur la rétroaction et des capacités telles que la création de neurones électroniques synthétiques.

« Nos minuscules dispositifs électroniques s'intègrent parfaitement aux neurones et coexistent avec les cellules cérébrales, créant une symbiose cerveau-ordinateur unique. Nous travaillons sans relâche à l'utilisation de cette technologie pour traiter les maladies neurologiques, là où les médicaments ou les thérapies classiques échouent, pour soulager la souffrance humaine et envisager un avenir où l'humanité pourrait transcender les maladies et les limitations biologiques », explique Sarkar.

https://news.mit.edu/2025/new-therapeutic-brain-implants-defy-surgery-need-1105