La technologie du graphène permet d’obtenir des informations en temps réel sur la vulnérabilité du cerveau après un AVC
infohightech ·
Des scientifiques ont mis au point une nouvelle technologie de surveillance cérébrale à base de graphène qui pourrait aider les médecins à mieux comprendre ce qui se passe dans le cerveau lors d’un AVC et à identifier les zones à risque de dommages supplémentaires.
| – Des capteurs en graphène ont enregistré les ondes électriques dommageables après un AVC avec une précision sans précédent, révélant si le tissu cérébral était sain, vulnérable ou gravement endommagé. – L’objectif ultime est de fournir à la communauté médicale des informations en temps réel sur l’état des tissus cérébraux afin d’améliorer le traitement lors d’un accident vasculaire cérébral. |
Cette recherche, publiée dans la revue Brain, a réuni des experts en neurosciences, en recherche sur les accidents vasculaires cérébraux, en ingénierie et en matériaux avancés de l’Université de Manchester, de l’Institut de microélectronique de Barcelone (IMB-CNM, CSIC) et de l’Institut catalan de nanoscience et de nanotechnologie (ICN2) à Barcelone, ainsi que leur partenaire industriel Multi Channel Systems en Allemagne.
Lors d’un accident vasculaire cérébral ischémique, une obstruction interrompt l’irrigation sanguine d’une partie du cerveau. Cependant, les lésions ne s’arrêtent pas immédiatement. Des ondes d’activité électrique perturbée, appelées dépolarisations corticales propagées, se propagent dans le cerveau lésé et peuvent causer des dommages supplémentaires. Jusqu’à présent, il était difficile de mesurer précisément ces signaux, car les technologies existantes peinent à capter les variations électriques très lentes en jeu.
Grâce à des capteurs à base de graphène ultrasensibles placés sur le cerveau, des chercheurs ont pu enregistrer ces ondes électriques avec une précision sans précédent. Ils ont découvert que la forme des signaux électriques révélait des informations importantes sur la santé des tissus cérébraux environnants. Ces signaux permettaient de distinguer les tissus relativement sains, les tissus à risque et les tissus déjà gravement endommagés. Ces tests ont été réalisés sur des souris.
Les chercheurs ont également constaté que ces signaux permettaient de prédire la réaction du flux sanguin à l’onde électrique. Dans les tissus sains, le flux sanguin augmentait pour favoriser la récupération du cerveau, tandis que dans les tissus fragilisés, il pouvait au contraire diminuer davantage, aggravant ainsi la lésion.
Surtout, les chercheurs ont démontré que ces réactions nocives pouvaient être modifiées grâce à une faible dose de kétamine, un médicament déjà utilisé en médecine. La kétamine a réduit la durée des ondes électriques dommageables, a orienté la réponse vasculaire associée d’une vasoconstriction potentiellement dangereuse vers une vasodilatation et a diminué la surface totale des lésions cérébrales. Ces résultats révèlent un mécanisme potentiel pouvant contribuer aux effets neuroprotecteurs de la kétamine après un AVC.
« Plus largement, l’étude démontre comment les technologies de pointe peuvent non seulement améliorer la mesure de l’activité cérébrale, mais aussi révéler de nouvelles perspectives importantes sur le développement des lésions cérébrales et sur la manière dont elles pourraient être traitées. Dr Rob Wykes »
Ces résultats suggèrent que la surveillance cérébrale par graphène pourrait un jour permettre aux médecins d’observer en temps réel l’état du tissu cérébral lors d’un AVC. Ceci pourrait contribuer à identifier les patients les plus à risque de lésions supplémentaires et favoriser le développement de nouveaux traitements visant à protéger le cerveau et à améliorer la récupération.
Le Dr Rob Wykes, maître de conférences à l’Université de Manchester, a déclaré : « Plus largement, l’étude démontre comment les technologies de pointe peuvent non seulement améliorer la façon dont l’activité cérébrale est mesurée, mais aussi révéler de nouvelles perspectives importantes sur la façon dont les lésions cérébrales se développent et sur la façon dont elles pourraient être traitées. »
Le premier auteur de l’étude est le Dr Samuel Flaherty de l’Université de Manchester. Les auteurs correspondants sont le Dr Anton Guimerà-Brunet de l’Institut de microélectronique de Barcelone (IMB-CNM, CSIC) et le Dr Rob Wykes de l’Université de Manchester et de l’Institut de neurologie UCL Queen Square.
« L’enregistrement de ces signaux ultra-lents demeure extrêmement difficile avec les technologies actuelles. Nous développons notre technologie à base de graphène depuis des années, nos premiers résultats ayant été publiés en 2018, et le défi a consisté à la standardiser et à la rendre suffisamment mature pour une utilisation dans la recherche préclinique pertinente », déclare le Dr Guimerà-Brunet, de l’IMB-CNM.
Une collaboration consolidée
Cette avancée marque une nouvelle étape importante dans la collaboration de longue date entre l’IMB-CNM, l’Université de Manchester et l’ICN2, qui a débuté avec le développement d’une technologie de microtransistors en graphène pour l’enregistrement de signaux cérébraux ultra-lents, publiés pour la première fois dans Nature Materials en 2018.
Depuis, les équipes ont poursuivi le développement de technologies à base de graphène pour les interfaces neuronales, faisant progresser l’enregistrement des signaux cérébraux sur une large gamme de fréquences et les dispositifs capables de combiner enregistrement et stimulation neuronaux. Ces travaux ont fait l’objet de publications dans Nature Nanotechnology et, plus récemment, dans Nature Communications. Ces technologies sont développées et validées en collaboration avec des groupes de recherche spécialisés afin d’explorer leurs applications hors du laboratoire.
https://academic.oup.com/brain/advance-article/doi/10.1093/brain/awag305/8788779