Une technologie révolutionnaire de neuromodulation pour traiter l’épilepsie
L’épilepsie est un trouble cérébral majeur qui touche plus de 50 millions de personnes dans le monde. Les patients subissent des crises répétées, littéralement des «tempêtes électriques» d’activation anormale des cellules nerveuses, qui causent d’importants dommages et ont un impact négatif sur leur qualité de vie. Les composés pharmaceutiques s’avèrent inefficaces dans 30 à 40 % des cas d’épilepsie, ce qui appelle des approches alternatives dont les effets secondaires seraient minimes. Diverses technologies ont émergé au fil des ans, la plupart consistant à soumettre le cerveau à de minuscules courants électriques ou à manipuler les cellules nerveuses par des champs lumineux, magnétiques ou ultrasonores. Ces technologies peuvent être comparés à des stimulateurs cardiaques destinés au traitement des maladies cérébrales. Bien qu’elles ne requièrent pas une administration systémique de médicaments, elles impliquent des interventions invasives et des modifications génétiques dont les effets à long terme demeurent inconnus.
Une modulation révolutionnaire des niveaux d’ions dans les neurones
Le projet IN-FET, financé par l’UE, entend révolutionner le traitement des crises d’épilepsie en agissant sur le principe sous-jacent de l’activité électrique du cerveau: les ions. Le mouvement des ions à travers les membranes neuronales est au cœur de toute activité cérébrale, responsables du déclenchement des neurones, de la transmission synaptique et de la communication neuronale. IN-FET a examiné l’idée visionnaire d’une neuromodulation par un actionnement ionique au niveau de la cellule. «L’idée consistait à réguler l’activité électrique anormale des cellules nerveuses en modifiant la concentration locale des ions clés tels que le potassium et le calcium, essentiels à l’activité neuronale», explique Michele Giugliano, coordinateur du projet. Le consortium a développé un dispositif qui s’appuie sur des matériaux spéciaux et de minuscules capteurs pour contrôler et surveiller l’activité des cellules nerveuses du cerveau. Le dispositif consiste en des polymères électroactivés qui peuvent être chargés avec des ions spécifiques et ensuite libérés dans l’environnement extracellulaire autour des neurones, afin de modifier leur comportent lorsqu’ils reçoivent un signal électrique. Ces polymères sont intégrés à des transistors à nanofils ultra-sensibles qui peuvent détecter l’activité électrique de cellules nerveuses individuelles. Les transistors pénètrent les membranes et détectent l’activité électrique des cellules à des résolutions spatiales et temporelles sans précédent. La principale avancée technologique d’IN-FET est la capacité du dispositif à s’ajuster en permanence grâce à un mécanisme de régulation en boucle fermée. Si les capteurs détectent une activité trop intense, lors d’une crise d’épilepsie par exemple, le dispositif peut libérer des ions pour apaiser les cellules. Si l’activité s’avère trop faible, il peut capter des ions pour aider les cellules à accroître leur activité. Le dispositif peut ainsi réguler l’activité des cellules nerveuses de manière précise et contrôlée, sans devoir recourir à des médicaments ou à une intervention chirurgicale invasive.
Validation et applications potentielles
Bien que des travaux supplémentaires soient encore nécessaires pour évaluer la compatibilité du système IN-FET avec les implants invasifs chez l’humain, le consortium a démontré in vitro sa capacité à moduler la concentration extracellulaire d’ions potassium dans les réseaux neuronaux. L’équipe envisage l’idée d’une collaboration internationale afin d’optimiser, dans un avenir proche, les performances du système pour l’expérimentation animale. Michele Giugliano souligne: «Le concept d’actionnement ionique ne se limite pas au traitement de l’épilepsie. Tous les troubles liés à l’excitabilité et toutes les maladies neurologiques traitées par la stimulation électrique et par des stimulateurs cérébraux pourraient bénéficier de notre technologie». Le système IN-FET pourrait être intégré dans des applications de stimulation cérébrale profonde à haute fréquence, telles que celles utilisées dans le traitement de la maladie de Parkinson. Il pourrait également être utilisé dans le domaine des neuroprothèses pour le développement d’interfaces cerveau-machine plus efficaces dans les implants des systèmes nerveux central et périphérique. Enfin, de nouvelles voies de commercialisation de la technologie IN-FET actuelle sont à l’étude, qui pourraient se révéler très utiles dans les plateformes à haut débit de criblage et de recherche de médicaments.
Mots‑clés
IN-FET, ions, épilepsie, cerveau, crise, neuromodulation, activité électrique, transistors, polymères électroactivés
