Percée neuroscientifique inspirée du Kirigami Une technologie transformatrice qui mesure l’activité électrique à l’intérieur d’organoïdes cérébraux ouvre de nouveaux horizons à la recherche sur les troubles neurologiques. Santé © STRELECOID Le développement d’organoïdes dérivés de cellules souches pluripotentes induites a révolutionné la recherche en neurosciences, offrant un aperçu de l’organisation cellulaire complexe du cerveau humain. Ces répliques miniatures d’organes humains, allant des mini-cerveaux aux ganglions sensoriels, simulent les complexités structurelles et les prédispositions génétiques des organes humains. De nombreux troubles neuropsychiatriques sont dus à une activité électrique anormale des neurones qui composent le tissu cérébral. Les mesures de l’activité électrique, même aux premiers stades du développement des organoïdes, peuvent fournir des informations importantes sur ces maladies. Toutefois, l’étude de leur activité électrique sans perturber leur structure en trois dimensions constitue un défi de taille. Réseaux d’électrodes en maille pour la mesure de l’activité électrique Réalisé avec le soutien du programme Actions Marie Skłodowska-Curie (MSCA), le projet STRELECOID s’est inspiré de l’art du Kirigami pour développer une innovation révolutionnaire permettant un enregistrement électrique continu et non invasif pendant que des organoïdes se développent librement autour d’eux. La phase initiale du projet a été réalisée à l’université de Stanford. «L’innovation centrale du projet a été la capacité de prendre un matériau très dur et de le rendre flexible et malléable. De même, dans l’art du Kirigami, un découpage géométrique minutieux peut rendre des matériaux durs flexibles», explique Csaba Forró, titulaire d’une bourse de recherche MSCA. Les réseaux d’électrodes conventionnels aux interfaces planaires induisent un stress cellulaire et risquent d’endommager la structure de l’organoïde, ce qui entrave les études à long terme et la collecte de données précises. La technologie STRELECOID ressemble à une résille de faible encombrement et d’une flexibilité exceptionnelle qui se déploie en un panier où est placé l’organoïde. L’organoïde continue à se développer de manière transparente, en intégrant le réseau d’électrodes dans sa structure, qui fournit également un soutien structurel. Des microélectrodes d’un diamètre d’environ 25 micromètres sont dispersées dans l’ensemble de la conception. Celles-ci s’intègrent progressivement au cœur de l’organoïde et permettent l’enregistrement de l’activité électrique d’une multitude de régions. Cette approche permet d’éviter l’insertion d’un dispositif de mesure électrique et d’éviter une inflammation potentielle de l’organoïde. Conception et compatibilité avancées En s’appuyant sur des cadres de conception basés sur Python et des simulations physiques, ces réseaux sont soumis à des tests méticuleux avant d’être produits, ce qui garantit leur compatibilité avec divers types d’organoïdes et leur stabilité prolongée. Les résultats obtenus jusqu’à présent indiquent que le réseau d’électrodes maillées STRELECOID peut effectuer un enregistrement électrique continu de l’activité des organoïdes pendant plus de six mois sans interruption. «Cela se fait sans perturber ni stresser l’organoïde, car l’ensemble du processus se déroule alors que l’organoïde est en suspension», souligne Csaba Forró. L’installation STRELECOID est compatible avec les techniques neuroscientifiques courantes telles que les interventions optogénétiques et pharmacologiques. Des algorithmes innovants permettent de détecter en temps réel l’activité neuronale dans les enregistrements, en compressant considérablement les données tout en conservant les informations essentielles. Changement de paradigme dans la technologie des interfaces neuronales Après avoir démontré le succès de cette approche, l’optimisation de ces réseaux d’électrodes à mailles se poursuit, avec des efforts continus pour affiner leur résistance mécanique et les performances des électrodes. En outre, l’équipe espère pouvoir utiliser d’autres types d’organoïdes, y compris des organoïdes cardiaques. Actuellement, les organoïdes souffrent d’un manque de vascularisation, ce qui entraîne une hypoxie au sein de leur noyau en raison d’une faible diffusion de l’oxygène. Les réseaux d’électrodes en maille pourraient remédier à cette limitation en incorporant un réseau microfluidique capable d’acheminer des molécules essentielles. Pour ce qui est de l’avenir, Csaba Forró souligne: «Notre innovation représente un changement de paradigme dans la technologie des interfaces neuronales, propulsant le domaine vers l’avant et ouvrant de nouvelles frontières dans la compréhension des troubles neurologiques.» Mots‑clés STRELECOID, organoïde, activité électrique, Kirigami, réseau d’électrodes en maille, cellules souches pluripotentes induites, neurosciences, technologie d’interface neuronale, troubles neuropsychiatriques
