De minuscules sondes neurales ultra-flexibles sans chirurgie crânienne ouvrent de nouveaux potentiels pour la recherche cérébrale in vivo

Des chercheurs de l’Université de Stanford et de la Harvard Medical School ont mis au point de minuscules sondes neurales à mailles ultra-flexibles qui peuvent être implantées dans des vaisseaux sanguins d’une taille inférieure à 100 micromètres dans le cerveau des rongeurs.

Dans leur article, « Ultraflexible endovascular probes for brain recording through micrometer-scale vasculature », publié dans Science, les chercheurs démontrent le potentiel de leur appareil en mesurant les potentiels de champ et les pointes unitaires dans le cortex et le bulbe olfactif d’un rat sans chirurgie à crâne ouvert et sans endommager le cerveau ou le système vasculaire. Un article de Perspective dans le même numéro de revue traite du travail effectué par l’équipe.

La caractéristique unique de cette technologie est l’utilisation de sondes endovasculaires ultra-flexibles qui peuvent être introduites avec précision dans de minuscules vaisseaux sanguins sans nécessiter de chirurgie invasive. Les sondes peuvent accéder à des régions cérébrales difficiles à atteindre en toute sécurité avec d’autres méthodes, réalisant une implantation sélective dans différentes branches du cerveau en ajustant les propriétés mécaniques de la sonde.

Inspirés par les procédures d’injection à base de cathéter peu invasives, les chercheurs ont conçu des sondes micro-endovasculaires ultra-flexibles (MEV) à base de polymères qui peuvent être chargées et injectées à partir de microcathéters flexibles.

Un flux salin à travers le microcathéter permet à la sonde d’être ensuite transportée dans un système vasculaire plus profond. Le microcathéter est ensuite rétracté, laissant les sondes MEV en place. Les électrodes de profondeur intracrâniennes traditionnelles pour les interfaces neuroélectroniques nécessitent une chirurgie invasive et peuvent endommager les réseaux neuronaux lors de l’implantation.

Dans les tests histologiques, les sondes ont démontré une stabilité à long terme avec une réponse immunitaire minimale. Les sondes ne pouvaient pas déformer ou pénétrer les parois des vaisseaux, ne causant aucun dommage à la barrière hémato-encéphalique, et ne réduisaient pas de manière significative le flux sanguin ni ne provoquaient de déficits neurologiques.

L’enregistrement électrophysiologique in vivo a été réalisé avec succès dans le cortex et le bulbe olfactif de rats anesthésiés. Les sondes ont démontré une implantation et un fonctionnement sélectifs des branches, révélant différentes propriétés de déclenchement dans les modèles de maladies neurologiques. L’enregistrement d’activité d’une seule unité a été réalisé, démontrant la résolution d’une seule cellule à travers les parois des vaisseaux.

La vascularisation cérébrale va des grands vaisseaux corticaux superficiels à la microvascularisation et aux lits capillaires dans le cortex. Dans le cerveau du rat, environ 5 % des vaisseaux ont un diamètre supérieur à 100 μm, ce que les sondes MEV de l’étude pourraient cibler.

Le ciblage de vaisseaux de plus petit diamètre pourrait être réalisé en réduisant davantage la rigidité de flexion de taille des sondes. Les sondes endovasculaires actuellement disponibles pour l’homme et le mouton n’ont pu cibler que le plus gros vaisseau de plus de 2,4 mm de diamètre.

Les auteurs de l’étude concluent que “… la technologie de la plate-forme pourrait être étendue à la détection et au traitement de nombreuses maladies neurologiques en tant qu’outil de recherche et pourrait servir de base à la traduction clinique d’interfaces neuroélectroniques peu invasives”.