Quand les électrodes nanostructurées améliorent la stimulation électrique pour traiter les accidents vasculaires cérébraux
Deuxième cause principale de handicap, l’accident vasculaire cérébral ischémique résulte de caillots de sang dans les artères qui réduisent le flux sanguin d’oxygène vers le cerveau. Malgré les coûts en soins de santé qui en découlent et s’élèvent à 64,1 milliards d’euros par an en Europe, il n’existe aucun plan clinique avec une finalité prévisible. Afin de rectifier cette situation, le projet NeuPES des Actions Marie Skłodowska-Curie(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre) (MSCA), financé par l’UE, a étudié le potentiel de la stimulation électrique dans la prise en charge de la guérison après un accident vasculaire cérébral. La conception structurelle d’électrodes efficaces (voir la photo ci-dessus) au niveau nanomoléculaire est essentielle à la réussite de l’approche du projet.
Comment le désordre prend le dessus sur la simplicité
José Miguel García-Martín, chercheur principal de NeuPES et chercheur scientifique au Conseil national espagnol de la recherche, explique: «Grâce à une combinaison d’ingénierie et de neurobiologie, nous avons développé, caractérisé et testé des électrodes nanostructurées à base de titane, d’or et de platine sous la forme d’ensembles de nanocolonnes inclinées. L’avantage de ces nanostructures, contrairement aux électrodes à film mince, est, dans un premier temps, l’augmentation de la superficie qui améliore les propriétés électriques — une impédance réduite et une capacité d’injection de charge plus élevée.» Mais les avantages ne se limitent pas à de meilleures caractéristiques électriques. L’équipe a fabriqué les nanocolonnes en recourant au dépôt à angle rasant avec pulvérisation magnétron(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre), cette dernière étant une technique écologique largement utilisée dans l’industrie, ce qui favorise sa mise à l’échelle. En outre, «en raison de la superficie élevée des électrodes nanostructurées», explique Sahba Mobini, boursière MSCA, «lorsque nous délivrons la charge souhaitée dans le système, nous évitons des réactions faradiques irréversibles responsables de l’érosion des électrodes, le fractionnement de l’eau et la génération de produits dérivés toxiques». Les électrodes nanostructurées peuvent également injecter plus de charge dans le système (augmentation du courant) dans la fourchette potentielle de sécurité, par rapport aux simples films minces de même métal. Ces caractéristiques sont essentielles dans les applications in vitro et in vivo pour appliquer une stimulation bien définie, efficace et sûre.
Étendre le modèle à la recherche neurobiologique
En s’appuyant sur ces résultats, l’équipe a conçu un dispositif miniaturisé compatible avec l’imagerie pour une stimulation électrique in vitro des cellules. Cette démarche profite à la recherche neurobiologique où les ressources comme les cellules et les facteurs de croissance sont fréquemment limitées et où de multiples reproductions sont nécessaires pour les expériences et l’imagerie in situ. Dans le cadre du modèle d’accident vasculaire cérébral, les cellules ischémiques ont reçu une stimulation électrique dans une installation de laboratoire. Une hausse considérable dans l’expression de deux protéines — la synaptophysine et la bêta-tubuline — a été observée, ce qui indique une plasticité neuronale(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). En d’autres termes, le cerveau peut s’adapter à un nouvel environnement, alors qu’une plasticité neuronale accrue laisserait présager la capacité du cerveau à récupérer après un accident vasculaire cérébral. «Bien que les résultats soient prometteurs, il est nécessaire de mener d’autres expériences», ajoute Sahba Mobini. Le projet a pris fin quatre mois plus tôt que prévu, tandis que Sahba Mobini a bénéficié d’un financement du projet sur quatre ans de la part de la Communauté de Madrid - programme Atracción de Talento(s’ouvre dans une nouvelle fenêtre). Dans le cadre du nouveau projet, qui poursuit les objectifs de NeuPES, un système de vieillissement accéléré a été créé in vitro. «Cela pourrait servir pour prédire la durée de vie des électrodes nanostructurées après l’implantation», explique José Miguel García-Martín. «NeuPES a obtenu la propriété intellectuelle de cette invention en vertu du système espagnol de demande de brevets, et nous cherchons activement des partenaires industriels. En outre, nous préparons un manuscrit scientifique qui sera prochainement publié», conclut José Miguel García-Martín.
