Cette nouvelle vision avant-gardiste qui combine la biologie et l'électronique est sans doute un point de départ de thérapies révolutionnaires des troubles neurologiques. Faire pousser des électrodes à l’intérieur du cerveau, c’est-à-dire in situ et in vivo, à partir de métabolites bioélectroniques, c’est le projet incroyable de cette équipe de bioingénieurs de l’Université de Linköping (Suède). Ces premiers travaux expérimentaux, publiés dans la revue Science, ouvrent la voie à la formation de circuits électroniques entièrement intégrés dans les organismes vivants et …chez l’Homme.
La biotechnologie franchit une étape considérable, avec cette recherche de bioingénieurs des universités de Linköping, Lund et Göteborg qui viennent de développer des électrodes dans des tissus vivants en utilisant les molécules du corps comme déclencheurs.
« Depuis plusieurs décennies, nous essayons de créer de l'électronique qui mime la biologie. Aujourd’hui, nous exploitons la biologie et la laissons fabriquer l'électronique pour nous », résume l’un des auteurs principaux, le professeur Magnus Berggren du Laboratoire d'électronique organique de l'Université de Linköping.
Intégrer l'électronique aux tissus biologiques
Au-delà des applications thérapeutiques permettant de lutter et gérer les maladies du cerveau, relier l'électronique aux tissus biologiques permet de comprendre des fonctions biologiques complexes et de développer les futures interfaces Homme – machine. Cependant, la bioélectronique conventionnelle, développée en parallèle avec l'industrie des semi-conducteurs, est caractérisée par une conception fixe et statique qu'il est difficile, voire impossible, de combiner avec des systèmes biologiques vivants.
Combler précisément ce fossé entre la biologie et la technologie, c’est la prouesse déjà rendue possible avec cette technologie qui permet de créer des matériaux mous, sans substrat et conducteurs électroniques dans les tissus vivants. En injectant un gel contenant des enzymes jouant le rôle de molécules d'assemblage,
ces scientifiques parviennent à faire pousser des électrodes dans les tissus,
à ce stade de poissons zèbres et de sangsues.
Le défi est entre autres, le contact avec l’environnement vivant. Mais ici, les chercheurs en tirent parti : « Le contact avec les substances corporelles modifie la structure du gel et le rend électriquement conducteur, ce qu'il n'était pas avant l'injection. En fonction du tissu, nous pouvons également ajuster la composition du gel pour lancer le processus électrique », explique l’un des chercheurs, Xenofon Strakosas, de l'Université de Lund. Les molécules endogènes du corps « suffisent » ensuite à déclencher la formation d'électrodes. Il n'y a pas besoin de modification génétique ou de signaux externes, tels que la lumière ou l'énergie électrique.
Un nouveau paradigme en bioélectronique : ainsi, là où il fallait jusque-là des dispositifs physiques implantés pour déclencher des processus électroniques dans le corps, l'injection d'un gel visqueux pourrait suffire à l'avenir.
Injecter plutôt qu’implanter ?
Ces expériences apportent déjà une bonne preuve de concept en montrant que la technique peut créer des interfaces appropriées pour la stimulation nerveuse. À long terme, la fabrication de circuits électroniques entièrement intégrés dans des organismes vivants pourrait être possible. Ici, en pratique, l'équipe parvient à former des électrodes dans le cerveau, le cœur et les nageoires caudales du poisson zèbre et autour du tissu nerveux des sangsues médicinales. Aucune lésion n’est observée après injection chez les modèles animaux, aucun effet indésirable n’est relevé après la formation des électrodes.
L’un des défis aussi est bien d’éviter tout rejet immunitaire.
« En apportant des changements intelligents à la chimie, nous sommes capables de développer des électrodes qui s’intègrent dans le tissu cérébral et sans rejet du système immunitaire. Le poisson zèbre est un excellent modèle pour l'étude des électrodes organiques dans le cerveau ».
Ces travaux spectaculaires ouvrent une toute nouvelle façon de penser la biologie et l'électronique.
Avec une multitude d’applications possibles, et bien au-delà de la santé neurologique.
Source: Science 23 Feb, 2023 DOI : 10.1126/science.adc9998 Metabolite-induced in vivo fabrication of substrate-free organic bioelectronics
