Un matériau «intelligent» pour traiter le cerveau, grâce aux nanotubes de carbone
Des scientifiques en Italie et en Suisse, financés par l'UE, ont démontré que les nanotubes de carbone amélioraient la réponse nerveuse et pourraient permettre de concevoir des «matériaux intelligents», par exemple pour la biomédecine, afin de réparer le cerveau. Publiée par la revue Nature Nanotechnology, l'étude a été financée au titre du sixième programme-cadre (6e PC), dans le cadre du projet NEURONANO («Towards new generations of neuro-implantable devices: engineering neurons/carbon nanotubes integrated functional units»). Le projet NEURONANO a été financé à hauteur d'environ 1,8 million d'euros, dans le cadre du domaine thématique «Nanotechnologies et nanosciences» du 6e PC. L'objectif principal du projet était d'intégrer les nanotubes de carbone à d'autres technologies, afin de mettre au point des biocircuits capables de réparer les tissus endommagés au niveau du système nerveux central. Le carbone se rencontre sous plusieurs formes, les plus connues étant le diamant et le graphite. Récemment, une autre forme du carbone a énormément attiré d'attention. Il s'agit des nanotubes, des molécules cylindriques extrêmement solides et dotées de propriétés électriques uniques. Lors de cette étude récente, les scientifiques ont examiné les relations entre les propriétés électriques des nanotubes de carbone et la façon dont sont stimulés les nerfs du système nerveux central. Ils ont mesuré l'activité électrique de cellules nerveuses isolées, mené des analyses par microscopie électronique et fait appel à des modèles théoriques, pour connaître l'effet des nanotubes sur la réponse nerveuse. Les résultats montrent que les nanotubes de carbone améliorent effectivement la réponse des neurones. Les auteurs expliquent que les nanotubes établissent un contact étroit avec la membrane des cellules nerveuses. Ils pourraient ainsi créer des «courts-circuits» entre les parties distale et proximale du neurone, et accélérer le transfert des impulsions. Les chercheurs ont proposé un modèle mathématique capable d'expliquer le phénomène et d'en montrer les conséquences. Ces résultats sont très prometteurs, car ils soulignent des avancées notables pour régler ce que le docteur Henry Markram, de l'École Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) en Suisse, appelle «les trois obstacles fondamentaux à la mise au point de neuroprothèses fiables»: créer une interface entre le tissu nerveux et un appareil, comprendre comment mieux stimuler le tissu nerveux, et trouver comment l'appareil doit enregistrer les signaux nerveux pour automatiser la prise d'une décision appropriée. Selon le Dr Markram, «cette nouvelle interface basée sur les nanotubes de carbone, associée aux meilleures simulations d'interfaces cerveau-machine, est la clef à la mise au point de tout type de neuroprothèse: visuel, sonore, olfactif ou moteur, contrôle des attaques d'épilepsie, pontage de moelle épinière, réparation et même amélioration des fonctions cognitives.» Le Dr Michele Giugliano de l'EPFL (qui se trouve désormais à l'université d'Anvers en Belgique) déclarait: «ce résultat est de la plus haute importance dans le nouveau domaine de la neuroingénierie et des neuroprothèses.» Le Dr Giugliano, et le Dr Laura Ballerini de l'université de Trieste, en Italie, et co-auteur de l'article, avancent que les nanotubes pourraient servir d'éléments de base à de futurs systèmes de «pontage électrique» pour traiter les traumatismes cérébraux, ou pour des électrodes originales, qui remplaceraient celles en métal des appareils de stimulation profonde du cerveau, utilisées pour traiter la maladie de Parkinson et la dépression grave. Les nanotubes de carbone ont récemment été utilisés pour la fabrication de mémoires mécaniques, de moteurs électriques nanoscopiques, d'un détecteur d'hydrogène, et d'écrans souples et tactiles. En 2007, un récepteur radio fait d'un seul nanotube a été mis au point, et en 2008, une feuille de nanotubes a permis de faire fonctionner un haut-parleur. Les recherches réalisées en vue d'utiliser les nanotubes pour stocker de l'énergie se sont traduites par des résultats intéressants. Selon les auteurs, les mécanismes de l'effet des nanotubes sur les cellules nerveuses ne sont pas encore totalement clairs. Cependant, les découvertes soulignent sans ambiguïté que les nanotubes pourraient affecter le traitement de l'information neuronale. Les auteurs concluaient que: «les résultats de la première tentative pour mettre en relation l'excitabilité des neurones avec un phénomène électrique dans des nanomatériaux pourraient permettre de prévoir ou de modéliser les interactions entre les nanomatériaux et les neurones».
Pays
Suisse, Italie