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Aug 05, 2023

Un système de sonde vertébrale minuscule et flexible pourrait conduire à de meilleures thérapies

La moelle épinière est plus difficile à accéder et à étudier que même le cerveau. Les défis posés par sa mobilité et sa structure anatomique ont rendu difficile la compréhension exacte de son fonctionnement. Riz

La moelle épinière est plus difficile à accéder et à étudier que même le cerveau. Les défis posés par sa mobilité et sa structure anatomique ont rendu difficile la compréhension exacte de son fonctionnement.

Les ingénieurs de l'Université Rice travailleront avec des collaborateurs pour optimiser un ensemble de fils nanoélectroniques, ou NET - déjà utilisés avec succès pour collecter des données haute fidélité à long terme provenant des neurones du cerveau - destinés à être utilisés dans la colonne vertébrale, soutenus par un financement de 6,25 millions de dollars, quatre Subvention d'un an des National Institutes of Health.

En plus des enregistrements d'activité neuronale, les sondes NET peuvent fournir une stimulation réglable et localisée des neurones adjacents. Les neuro-ingénieurs de Rice espèrent également maximiser la bande passante fonctionnelle des NET en les intégrant dans un système de traitement de données à plus grande échelle.

Le nouvel outil pourrait aider les neuroscientifiques à percer les secrets du fonctionnement de la moelle épinière et apporter un nouvel espoir aux patients souffrant de blessures et d'autres problèmes médicaux associés.

"Jusqu'à présent, nous n'avons pas bien compris le fonctionnement réel des neurones de la moelle épinière", a déclaré Chong Xie, chercheur principal de la subvention et professeur agrégé de génie électrique et informatique et de neuro-ingénierie. « Par exemple, si vous bougez vos bras ou si vous marchez, vous avez l’intention dans votre cerveau et les muscles fonctionnent exactement comme vous le souhaitez. Cette conversion de l'intention initiale en mouvements spécifiques de chacun des muscles est opérée et mise en œuvre dans la moelle épinière, où des circuits constitués de très nombreux neurones sont chargés d'effectuer ce travail. Mais nous ne savons pas exactement comment cela se fait.»

L’utilisation d’électrodes pour suivre l’activité neuronale dans le cerveau a permis aux neuroscientifiques d’en apprendre beaucoup sur le fonctionnement cérébral. Les sondes NET flexibles développées par Xie et ses collaborateurs s'intègrent parfaitement aux tissus cérébraux et fonctionnent mieux que les sondes rigides lorsqu'elles sont utilisées pour enregistrer des informations électriques provenant de neurones individuels du cerveau.

Des tests préliminaires ont montré que les sondes NET peuvent réaliser des enregistrements de haute qualité et de longue durée à partir des neurones de la moelle épinière de souris. Cependant, les scientifiques ont l'intention d'adapter davantage les TNE aux exigences structurelles et fonctionnelles spécifiques de la moelle épinière.

Dans le cerveau, la répartition des neurones, ou matière grise, et des faisceaux de fibres nerveuses appelés substance blanche est exactement l'inverse de l'anatomie de la moelle épinière.

"Nous appelons généralement cela" l'anatomie inversée "de la moelle épinière", a déclaré Lan Luan, professeur adjoint de génie électrique et informatique et co-chercheur de la subvention. « La couche externe du cerveau – la matière grise – est l'endroit où se trouvent les neurones, tandis que les fibres appelées substance blanche se trouvent à l'intérieur. Dans la moelle épinière, la substance blanche ou les fibres se trouvent à l’extérieur et protègent les neurones. Cela rend l’accès à ces neurones plus difficile.

Pour garantir un meilleur accès, les scientifiques prévoient de développer une conception de sonde suffisamment petite pour être implantée à différents sites de la colonne vertébrale, tout en offrant une couverture plus profonde et suffisamment de canaux pour capturer les données des neurones dans une section transversale de la moelle épinière.

Un autre objectif est de doter les sondes de capacités de stimulation en plus de leur fonction d'enregistrement.

"L'électrode peut faire les deux", a déclaré Luan. « Cela a un impact direct sur la santé, car pour les patients souffrant de lésions médullaires ou d’autres types de blessures, la stimulation pourrait être un moyen de restaurer le contrôle de la motricité fine. Il existe plusieurs technologies très efficaces démontrant que la stimulation de la moelle peut restaurer les mouvements locaux. Mais pour avoir un impact sur un contrôle moteur plus fin, nous pensons que nous devons pénétrer à l’intérieur du cordon et disposer d’un plus grand degré d’accès et de précision pour appliquer cette stimulation.

La moelle épinière joue un rôle important dans les processus de douleur, donc identifier les neurones spinaux directement impliqués dans le relais du signal de douleur pourrait ouvrir la porte à de meilleures thérapies de gestion de la douleur.

"Identifier le type spécifique de neurones spinaux qui jouent un rôle important dans le traitement des informations sur la douleur pourrait potentiellement permettre le développement de médicaments ciblant précisément ces cellules", a déclaré Xie. "Ou peut-être pouvons-nous utiliser les électrodes pour stimuler ces neurones et moduler leur activité afin qu'ils ne transmettent pas le signal de douleur au cerveau."