Imaginez un futur où votre médecin pourrait injecter un gel dans vos tissus et le gel formerait une électrode conductrice de courant souple. Celle-ci pourrait alors être utilisée pour traiter votre maladie du système nerveux. Au bout d’un certain temps, l’électrode se dissout et disparaît. Des chercheurs suédois ont déjà développé le gel et souhaitent pouvoir, à terme, connecter des composants électroniques à des tissus biologiques, comme le cerveau.
La conductivité du gel injectable est testée sur un circuit microfabriqué. Crédit photo : Thor Balkhed/Université de Linköping
La médecine électronique est un domaine de recherche qui ne s’intègre pas parfaitement dans un domaine existant.
« En ce moment, vous discutez avec un physicien, un chimiste et moi-même, qui avons une formation en biomédecine. Nous travaillons ensemble avec des spécialistes des matériaux et des ingénieurs électriciens pour intégrer les connaissances de nos différents domaines. Pour que cela fonctionne, il faut comprendre le cerveau, la chimie et la physique », explique Hanne Biesmans, doctorante au laboratoire d’électronique organique, LOE, de l’université de Linköping.
Les recherches auxquelles elle fait référence portent sur ce que l’on appelle l’électronique organique, qui peut être connectée aux tissus vivants. L’objectif à long terme est de pouvoir traiter diverses maladies du système nerveux et du cerveau. Son collègue Tobias Abrahamsson est chimiste.
« Le caractère interdisciplinaire de nos recherches, qui combinent différents aspects et domaines de connaissances, est très passionnant. On pourrait aussi dire que ma motivation est plus personnelle, car dans ma famille, il y a des maladies qui affectent le système nerveux », explique-t-il.
Traduit entre la biologie et l’électronique
Mais qu’est-ce que l’électronique organique ? Et comment pourrait-elle être utilisée pour traiter des maladies aujourd’hui difficiles à traiter, comme l’épilepsie, la dépression ou encore la maladie d’Alzheimer et de Parkinson ?
« Dans le corps, la communication se fait par le biais de nombreuses petites molécules, comme les neurotransmetteurs et les ions. La signalisation neuronale est par exemple une vague d’ions qui donne naissance à une impulsion électrique. Nous voulons donc quelque chose qui puisse prendre toutes ces informations et agir comme un traducteur entre les ions et les électrons », explique Xenofon Strakosas, professeur adjoint ayant une formation en physique.
En 2023, ils ont réussi, en collaboration avec d’autres chercheurs de l’Université de Linköping, de l’Université de Lund et de l’Université de Göteborg, à faire pousser des électrodes en gel dans des tissus vivants.
« Au lieu d’utiliser des métaux et d’autres matériaux inorganiques pour conduire le courant, on peut créer des appareils électroniques à partir de matériaux différents à base d’atomes de carbone et d’hydrogène – autrement dit, des matériaux organiques – qui sont conducteurs. Ceux-ci sont plus compatibles avec les tissus biologiques et donc mieux adaptés à une intégration, par exemple, dans le corps », explique Tobias Abrahamsson.
Les matériaux électroniques organiques sont très utiles pour la transmission des signaux biologiques, car ils peuvent conduire aussi bien les ions que les électrons. De plus, ils sont mous, contrairement aux métaux. La stimulation électrique du cerveau est déjà utilisée pour traiter certaines maladies. Des électrodes sont implantées dans le cerveau, par exemple pour traiter la maladie de Parkinson.
« Mais les implants utilisés aujourd’hui en clinique sont assez rudimentaires. Ils sont fabriqués à partir de matériaux durs ou rigides, comme des métaux. Or, notre corps est mou. Il y a donc des frottements qui peuvent entraîner des inflammations et la formation de tissu cicatriciel. Nos matériaux sont plus mous et plus compatibles avec le corps », explique Hanne Biesmans.
Électrodes à l’intérieur des plantes
Il y a une dizaine d’années déjà, leurs collègues du LOE ont montré qu’ils pouvaient faire absorber aux plantes une substance hydrosoluble qui, à l’intérieur de la tige de la plante, formait une structure conductrice d’électricité. Une sorte d’électrode, en d’autres termes, à l’intérieur d’une plante.
La substance en question est un polymère, une substance composée de nombreuses petites unités similaires qui, ensemble, peuvent former de longues chaînes par un processus appelé polymérisation. À l’époque, des roses avaient été utilisées et les chercheurs ont pu montrer qu’ils avaient créé des électrodes organiques. Cela a ouvert la voie à un nouveau domaine de recherche.
« Mais il manquait une pièce. Nous ne savions pas comment faire en sorte que les polymères se forment à l’intérieur des mammifères et dans le cerveau, par exemple. Mais nous avons ensuite réalisé que nous pouvions avoir des enzymes dans le gel et utiliser les propres substances du corps pour démarrer la polymérisation », explique Xenofon Strakosas.
Cette idée a permis aux chercheurs d’injecter cette solution légèrement visqueuse, semblable à un gel, dans les tissus. Lorsqu’elle entre en contact avec des substances naturelles de l’organisme, comme le glucose, les propriétés du gel changent. Les chercheurs suédois ont été les premiers au monde à réussir cette méthode permettant d’activer la formation d’électrodes dans les tissus.
« Le gel s’autopolymérise dans le tissu et devient conducteur d’électricité. Nous laissons la biologie le faire pour nous », explique Xenofon Strakosas.
De plus, le gel reste à l’endroit où il a été injecté. C’est important car les chercheurs veulent pouvoir contrôler où le gel se trouve dans les tissus. L’équipe de recherche a montré qu’elle pouvait ainsi faire pousser des électrodes dans le cerveau des poissons zèbres et autour du système nerveux des sangsues. Ils cherchent maintenant à savoir si cela fonctionne également chez la souris.
Mais il reste encore beaucoup à faire avant que le traitement des maladies par le gel ne devienne une réalité. L’équipe de recherche va d’abord étudier la stabilité du gel à l’intérieur des tissus. Se décompose-t-il au bout d’un certain temps et que se passe-t-il ensuite ? Une autre question importante est de savoir comment le gel conducteur peut être connecté à l’électronique à l’extérieur du corps.
« Ce n’est pas la chose la plus simple à faire, mais j’espère qu’avec le temps, cette méthode pourra être utilisée pour surveiller ce qui se passe à l’intérieur du corps, jusqu’au niveau cellulaire. Nous pourrons alors peut-être mieux comprendre ce qui déclenche ou conduit à différentes maladies du système nerveux », déclare Tobias Abrahamsson.
« Il reste encore beaucoup à résoudre, mais nous progressons », déclare Xenofon Strakosas. « Ce serait formidable si nous pouvions un jour utiliser les électrodes pour lire les signaux à l’intérieur du corps et les utiliser pour la recherche ou dans le domaine de la santé. »
Écrit par Karin Söderlund Leifler
Source : Université de Linköping
