Un nouveau type d’implant neuronal pourrait aider les amputés et les personnes ayant perdu l’usage d’un membre.
Des chercheurs de l’université de Cambridge ont mis au point un nouveau type d’implant neuronal qui associe les cellules souches à l’électronique et qui pourrait aider les personnes amputées ou celles qui ont perdu l’usage de leurs membres.
Les progrès de la neurotechnologie implantable et de la thérapie cellulaire offrent des traitements potentiellement efficaces pour les personnes souffrant de lésions du système nerveux périphérique, c’est-à-dire des nerfs situés en dehors du cerveau et de la moelle épinière. Les deux tentent de restaurer la fonction des membres paralysés ou amputés, soit en contournant le site de la lésion pour interagir avec les cellules nerveuses existantes, soit en remplaçant les cellules endommagées par de nouvelles.
Elles présentent toutefois des inconvénients. En ce qui concerne le remplacement des cellules endommagées, les neurones transplantés peuvent avoir du mal à établir des connexions fonctionnelles. De même, les électrodes ne peuvent fonctionner efficacement en l’absence de cellules saines avec lesquelles s’interfacer, ce qui est souvent dû au tissu cicatriciel qui s’est formé à l’endroit d’une lésion. En outre, les neurotechnologies actuelles n’ont pas la capacité de s’interfacer avec différents types de neurones responsables de l’exécution de différentes fonctions.
Une réponse potentielle à ces problèmes réside dans un dispositif biohybride, qui associe des cellules souches humaines à la bioélectronique pour créer une interface neuronale plus efficace. C’est ce qu’ont fait des chercheurs de l’université de Cambridge en créant un nouveau dispositif biohybride révolutionnaire capable de s’intégrer aux tissus corporels.
L’ingrédient clé du dispositif est constitué de cellules souches pluripotentes induites (CSPi), des cellules adultes – généralement des cellules de la peau ou du sang – qui ont été reprogrammées en laboratoire pour devenir comme des cellules souches embryonnaires, qui peuvent se développer en n’importe quel autre type de cellule. Les chercheurs ont utilisé les CSPi pour créer des myocytes, les cellules qui constituent les éléments de base des muscles squelettiques. C’est la première fois que les CSPi sont utilisées de cette manière dans un organisme vivant.
Les CSPi ont été disposées en grille sur des réseaux de microélectrodes (MEA) si fins qu’ils peuvent se fixer à l’extrémité d’un nerf. Une couche de myocytes a ainsi été générée entre les électrodes du dispositif et le tissu vivant. Les chercheurs ont ensuite implanté le dispositif biohybride dans des rats pour les tester. Ils ont fixé la partie du dispositif recouverte de cellules aux nerfs cubital et médian sectionnés dans les pattes avant des rats. Ces nerfs ont été choisis parce qu’ils se rapprochent des lésions des nerfs des membres supérieurs chez l’homme et de la perte des fonctions motrices et sensorielles fines qui en découle.
Par rapport au groupe témoin, les chercheurs ont constaté que le dispositif s’intégrait au corps du rat et empêchait la formation de tissu cicatriciel. En outre, les cellules dérivées de l’CPSi ont survécu pendant quatre semaines après l’implantation, ce qui est la première fois que des cellules ont survécu à une expérience prolongée de ce type.
« Ces cellules nous donnent un énorme degré de contrôle », a déclaré le Dr Damiano Barone, co-auteur de l’étude. « Nous pouvons leur dire comment se comporter et les contrôler tout au long de l’expérience. En plaçant les cellules entre l’électronique et le corps vivant, ce dernier ne voit pas les électrodes, il ne voit que les cellules, de sorte qu’il n’y a pas de tissu cicatriciel.
Après quatre semaines, les chercheurs ont testé les nerfs implantés et ont constaté qu’ils se comportaient comme des nerfs normaux, ce qui indique une physiologie neuronale saine. Bien que les rats n’aient pas retrouvé le mouvement du membre paralysé, le dispositif a pu détecter les signaux envoyés par le cerveau qui contrôlent le mouvement.
Le nouveau dispositif pourrait aider les personnes amputées, pour lesquelles le défi consiste à régénérer les neurones et à reconstruire les circuits nerveux endommagés par une blessure ou une amputation.
« Si quelqu’un est amputé d’un bras ou d’une jambe, par exemple, tous les signaux du système nerveux sont toujours présents, même si le membre physique a disparu », a déclaré le Dr Damiano Barone. « Le défi de l’intégration de membres artificiels, ou de la restauration de la fonction des bras ou des jambes, est d’extraire l’information du nerf et de l’acheminer vers le membre afin que la fonction soit restaurée.
Les chercheurs affirment que leur dispositif pourrait surmonter ce problème en interagissant directement avec les neurones qui contrôlent la fonction motrice.
« Cette interface pourrait révolutionner la façon dont nous interagissons avec la technologie », a déclaré Amy Rochford, coauteur de la première étude. « En combinant des cellules humaines vivantes avec des matériaux bioélectroniques, nous avons créé un système qui peut communiquer avec le cerveau d’une manière plus naturelle et plus intuitive.
Le dispositif présente des avantages par rapport aux implants neuronaux standard qui ne sont pas constitués de cellules souches. Sa petite taille permet de l’implanter par une opération de trou de serrure, et l’utilisation de cellules souches produites en laboratoire le rend hautement évolutif.
« Cette technologie représente une nouvelle approche passionnante des implants neuronaux, qui, nous l’espérons, débouchera sur de nouveaux traitements pour les patients qui en ont besoin », a déclaré le Dr Alejandro Carnicer-Lombarte, coauteur de l’étude.
Le dispositif devra faire l’objet de recherches supplémentaires et de tests approfondis avant d’être utilisé sur l’homme, mais il représente une avancée prometteuse dans le domaine des implants neuronaux. Les chercheurs travaillent actuellement à l’optimisation du dispositif et à l’amélioration de son évolutivité.
