Les chercheurs ont introduit dans le cerveau de rats leur implant mou (à gauche) et un implant en silicium (à droite). Quelques semaines après l’opération, ils ont constaté que la réaction des cellules gliales est beaucoup moins forte dans le premier cas. Image: Alia Alameri
On peut désormais loger un implant mou dans le cerveau avec trois ingrédients à portée de main : du sirop de maïs, de l’eau et du sucre.
Des effluves dignes d’une confiserie se répandaient dans le laboratoire de génie biomédical de l’Université McGill quand Edward N. Zhang y travaillait : « Je caramélisais du sucre tout le temps », raconte-t-il. De quoi donner l’eau à la bouche à ses voisins de labo, qui n’avaient malheureusement jamais de friandises à se mettre sous la dent. L’étudiant à la maîtrise concoctait plutôt un enrobage dur permettant de loger un implant mou dans un cerveau.
Voilà plusieurs années déjà que les implants au cerveau ne relèvent plus de la science-fiction. Des personnes souffrant de la maladie de Parkinson, par exemple, se font poser des électrodes, qui émettent des impulsions électriques afin d’atténuer leurs symptômes.
Cependant, il s’agit de tiges raides en acier, sur lesquelles le cerveau se frotte et se blesse à répétition lorsqu’il bouge ou qu’il gonfle. Les cellules gliales, qui protègent le système nerveux, les perçoivent comme des corps étrangers et les isolent en formant des cicatrices tout autour ; il faut alors augmenter le voltage pour continuer de stimuler les neurones. Néanmoins, il devient dès lors difficile d’« entendre » leurs activités, dans le cas où les électrodes serviraient plutôt à détecter le début de crises d’épilepsie et à réagir aussitôt pour les freiner.
Pour limiter cette inflammation et ces cicatrices, l’implant doit être aussi souple que le sont les tissus. « Or le cerveau est très mou ! » souligne David Juncker, directeur du Département de génie biomédical de l’Université McGill.
Un implant mou encapsulé dans une aiguille de sucre. Image: Edward N. Zhang
L’équipe a donc conçu un implant de l’épaisseur d’un fil à coudre à partir d’un type de silicone extrêmement flexible et délicat. Il semblait tout indiqué que le dispositif soit toléré, mais son introduction dans le cerveau posait un problème de taille : « C’était comme essayer de mettre un morceau de Jell-O dans un autre morceau de Jell-O », illustre Edward N. Zhang. Lors de tests effectués dans une gélatine à la consistance semblable à celle du cerveau, le scientifique insérait l’implant avec des outils chirurgicaux en acier. Cependant, dès qu’il retirait ces instruments, l’implant se collait, se déformait, se pliait ou se déplaçait.
Comme ses tentatives échouaient la plupart du temps, Edward N. Zhang a proposé une nouvelle solution : encapsuler l’implant dans une fine lancette en sucre dur. Une fois cette dernière installée au bon endroit dans le cerveau, on pourrait l’y laisser, car elle se dissoudrait sur place… comme le fait un bonbon dans la bouche !
« J’ai trouvé l’idée brillante, se rappelle Timothy E. Kennedy, chercheur à l’Institut-hôpital neurologique de Montréal (Neuro). Le sucre est la principale source d’énergie pour le cerveau, et il se révèle inoffensif pour le système nerveux. »
Edward N. Zhang concevait déjà des moules en chauffant un mélange de sirop de maïs, d’eau et de sucre, qu’il laissait refroidir et dans lequel il coulait ensuite le silicone pour modeler l’implant. L’étudiant a repris les trois ingrédients, cette fois pour envelopper l’implant dans une aiguille en sucre. Puis il a acheminé l’implant jusque sous le cortex d’un rat grâce à ce « glaçage », qui s’est ensuite dissous en moins de deux minutes. Ce fut un succès ! L’équipe a publié sa recette et ses résultats en mars 2021 dans la revue Advanced Materials Technologies.
Avec la même technique, les chercheurs ont aussi introduit dans la tête de rats un implant fabriqué avec un autre polymère légèrement plus dur, ainsi qu’un troisième en silicium, beaucoup plus rigide. Le but : voir comment le cerveau des rongeurs réagissait à l’implant le plus mou. Comparaison faite après neuf semaines, l’équipe a observé autour de l’implant mou une réaction moins forte des cellules gliales et une plus grande densité de neurones. Selon Timothy E. Kennedy, cette durée est suffisante pour conclure qu’il entraîne beaucoup moins de blessures chroniques et de cicatrices à long terme.
Il reste maintenant à intégrer des électrodes dans cet implant. David Juncker griffonne les formes en serpentin qu’on pourrait leur donner pour préserver leur flexibilité. Car le défi sera de s’assurer que cet implant, une fois pourvu de matériaux conducteurs d’électricité, restera pour le cerveau une petite douceur.
De gauche à droite : Edward N. Zhang, David Juncker et Timothy E. Kennedy. Image: Université McGill
Ont aussi participé à cette découverte : Jean-Pierre Clément, Alia Alameri et Andy Ng (Université McGill).
L’avis du jury
Qu’il est astucieux d’avoir eu recours au sucre pour mouler, puis encapsuler un implant cérébral « mou »! Un tel procédé ouvre la voie à des procédures moins invasives. Voilà un bel exemple de ce qu’il est possible de faire quand on pense « en dehors de la boîte », comme on le dit en anglais. Ou serait-ce plutôt « en dehors du sucrier » ?
