Les frontières entre la biologie et la technologie s’estompent. Des chercheurs des universités de Linköping, Lund et Göteborg en Suède ont réussi à développer des électrodes dans des tissus vivants en utilisant les molécules du corps comme déclencheurs. Le résultat, publié dans la revue Science, ouvre la voie à la development de circuits électroniques entièrement intégrés dans les organismes vivants.
“Pendant plusieurs décennies, nous avons essayé de créer de l’électronique qui imite la biologie. Maintenant, nous laissons la biologie créer l’électronique pour nous”, explique le professeur Magnus Berggren du Laboratoire d’électronique organique, LOE, de l’Université de Linköping.
Relier l’électronique aux tissus biologiques est significant pour comprendre les fonctions biologiques complexes, lutter contre les maladies du cerveau et développer les futures interfaces entre l’homme et la equipment. Cependant, la bioélectronique conventionnelle, développée en parallèle avec l’industrie des semi-conducteurs, a une conception fixe et statique qu’il est difficile, voire extremely hard, de combiner avec des systèmes de signaux biologiques vivants.
Pour combler ce fossé entre la biologie et la technologie, les chercheurs ont développé une méthode pour créer des matériaux mous, sans substrat et conducteurs électroniques dans les tissus vivants. En injectant un gel contenant des enzymes comme “molécules d’assemblage”, les chercheurs ont pu faire pousser des électrodes dans les tissus de poissons zèbres et de sangsues médicinales.
“Le make contact with avec les substances corporelles modifie la composition du gel et le rend électriquement conducteur, ce qu’il n’était pas avant l’injection. En fonction du tissu, nous pouvons également ajuster la composition du gel pour déclencher le processus électrique”, explique Xenofon. Strakosas, chercheur à LOE et à l’Université de Lund et l’un des principaux auteurs de l’étude.
Les molécules endogènes du corps suffisent à déclencher la formation d’électrodes. Il n’y a pas besoin de modification génétique ou de signaux externes, tels que la lumière ou l’énergie électrique, qui ont été nécessaires dans les expériences précédentes. Les chercheurs suédois sont les premiers au monde à y parvenir.
Leur étude ouvre la voie à un nouveau paradigme en bioélectronique. Là où il fallait auparavant des objets physiques implantés pour déclencher des processus électroniques dans le corps, l’injection d’un gel visqueux suffira à l’avenir.
Dans leur étude, les chercheurs montrent en outre que la méthode peut cibler le matériau conducteur électronique sur des sous-constructions biologiques spécifiques et créer ainsi des interfaces appropriées pour la stimulation nerveuse. À very long terme, la fabrication de circuits électroniques entièrement intégrés dans des organismes vivants pourrait être doable.
Dans des expériences menées à l’Université de Lund, l’équipe a réussi à previous des électrodes dans le cerveau, le cœur et les nageoires caudales du poisson zèbre et autour du tissu nerveux des sangsues médicinales. Les animaux n’ont pas été lésés par le gel injecté et n’ont par ailleurs pas été affectés par la formation des électrodes. L’un des nombreux défis de ces essais était de prendre en compte le système immunitaire des animaux.
“En apportant des changements intelligents à la chimie, nous avons pu développer des électrodes qui ont été acceptées par le tissu cérébral et le système immunitaire. Le poisson zèbre est un excellent modèle pour l’étude des électrodes organiques dans le cerveau”, explique le professeur Roger Olsson de la faculté de médecine. à l’Université de Lund, qui possède également un laboratoire de chimie à l’Université de Göteborg.
C’est le professeur Roger Olsson qui a pris l’initiative de l’étude, après avoir pris connaissance de la rose électronique développée par des chercheurs de l’Université de Linköping en 2015. Un problème de recherche, et une différence importante entre les plantes et les animaux, était la différence de framework cellulaire. Alors que les plantes ont des parois cellulaires rigides qui permettent la development d’électrodes, les cellules animales ressemblent davantage à une masse molle. Créer un gel avec une construction suffisante et la bonne combinaison de substances pour former des électrodes dans un tel environnement était un défi qui a pris de nombreuses années à résoudre.
“Nos résultats ouvrent des perspectives complètement nouvelles sur la biologie et l’électronique. Nous avons encore une série de problèmes à résoudre, mais cette étude est un bon point de départ pour de futures recherches”, déclare Hanne Biesmans, doctorante au LOE et l’une des les principaux auteurs.