Un cocktail de gel utilise les sucres du corps pour « faire pousser » des électrodes dans des poissons vivants

Un nouveau gel injectable (photo) peut réagir avec les sucres du corps pour « faire pousser » une électrode à l'intérieur des tissus vivants, montre une étude sur le poisson zèbre.

THOR BALKHED

Par Simon Makin

23 février 2023 à 16h25

Pour la première fois, des chercheurs ont exploité la chimie du corps pour « faire pousser » des électrodes à l'intérieur des tissus de poissons vivants, brouillant ainsi la frontière entre la biologie et les machines.

La technique utilise les sucres du corps pour transformer un gel injecté en une électrode flexible sans endommager les tissus, comme le montrent les expériences. Les poissons zèbres avec ces électrodes cultivées dans leur cerveau, leur cœur et leurs nageoires caudales n'ont montré aucun signe d'effets néfastes, et celles testées sur des sangsues ont réussi à stimuler un nerf, rapportent des chercheurs dans Science du 24 février.

Un jour, ces électrodes pourraient être utiles pour des applications allant de l’étude du fonctionnement des systèmes biologiques à l’amélioration des interfaces homme-machine. Ils pourraient également être utilisés en « médecine bioélectronique », comme les thérapies de stimulation cérébrale pour la dépression, la maladie de Parkinson et d'autres pathologies (SN : 10/02/19).

L’électronique douce vise à combler le fossé entre la biologie douce et sinueuse et le matériel électronique. Mais ces appareils électroniques doivent généralement toujours comporter certaines pièces qui peuvent être sujettes à des fissures et à d'autres problèmes, et l'insertion de ces appareils endommage inévitablement les tissus.

« Tous les appareils que nous avons fabriqués, même si nous les avons rendus flexibles, pour les rendre plus doux, lorsque nous les présenterons, il y aura toujours une cicatrice. C'est comme enfoncer un couteau dans un organe », explique Magnus Berggren, spécialiste des matériaux à l'université de Linköping en Suède. Ces cicatrices et inflammations peuvent dégrader les performances des électrodes au fil du temps.

Les efforts antérieurs visant à développer l’électronique douce à l’intérieur des tissus présentent des inconvénients. Une approche utilise des signaux électriques ou chimiques pour alimenter la transformation de la soupe chimique en électrodes conductrices, mais ces zaps provoquent également des dommages. Une étude de 2020 a contourné ce problème en modifiant génétiquement les cellules des vers pour produire une enzyme artificielle qui fait le travail, mais la nouvelle méthode obtient ses résultats sans altérations génétiques.

Les électrodes de Berggren et de ses collègues exploitent plutôt une source d’énergie naturelle déjà présente dans le corps : les sucres. Le cocktail de gel contient des molécules appelées oxydases qui réagissent avec les sucres – glucose ou lactate – pour produire du peroxyde d'hydrogène. Cela active ensuite un autre ingrédient du cocktail, une enzyme appelée peroxydase d’hydrogène, qui est le catalyseur nécessaire pour transformer le gel en électrode conductrice.

"L'approche exploite une chimie élégante pour surmonter de nombreux défis techniques", explique l'ingénieur biomédical Christopher Bettinger de l'Université Carnegie Mellon de Pittsburgh, qui n'a pas participé à l'étude.

Pour tester la technique, les chercheurs ont injecté le cocktail dans le cerveau, le cœur et la nageoire caudale du poisson zèbre transparent. Le gel devient bleu lorsqu’il devient conducteur, donnant une indication visuelle de son succès.

"Ce qui est beau, c'est que vous pouvez le voir : la queue du poisson zèbre change de couleur, et nous savons que le bleu indique un polymère conducteur", explique Xenofon Strakosas, spécialiste des matériaux et également de l'université de Linköping. « La première fois que je l'ai vu, je me suis dit : « Wow, ça marche vraiment ! »

Le poisson ne semblait souffrir d’aucun effet néfaste et les chercheurs n’ont vu aucune preuve de lésions tissulaires. Dans des sangsues partiellement disséquées, l'équipe a montré que l'envoi d'un courant à un nerf via une électrode souple pouvait induire des contractions musculaires. À terme, des appareils comme celui-ci pourraient être associés à diverses technologies sans fil en développement.

Les performances des implants à long terme restent cependant à déterminer. "Les manifestations sont impressionnantes", déclare Bettinger. "Ce qui reste à voir, c'est la stabilité de l'électrode." Au fil du temps, des substances présentes dans le corps pourraient réagir avec les matériaux des électrodes, les dégrader ou même produire des substances toxiques.

Bénéficiez d'un excellent journalisme scientifique, provenant de la source la plus fiable, livré à votre porte.