MÉDECINE RÉGÉNÉRATIVE : Des nerfs synthétiques bioréalistes

Ces neurones artificiels bioréalistes, développés à l’Université de Linköping (LiU, Suède) vont contribuer à changer la donne, en reconstruisant des réseaux capables d'effectuer des tâches intelligentes. Ces neurones organiques artificiels qui imitent fidèlement les caractéristiques des cellules nerveuses biologiques sont décrits comme capables, dans la revue Nature Materials, de stimuler les nerfs naturels, ce qui en fait une technologie prometteuse pour de très nombreux protocoles en médecine régénérative.

Le laboratoire suédois s’est spécialisé sur le développement de cellules nerveuses artificielles de plus en plus fonctionnelles. Son équipe de scientifiques dirigée par le professeur agrégé Simone Fabiano avait déjà accompli la performance, en dotant une plante carnivore vivante d’1 neurone organique artificiel, de pouvoir contrôler l'ouverture et la fermeture de sa gueule. Pourtant, cette cellule nerveuse synthétique n’était alors dotée que de 2 des 20 caractéristiques qui caractérisent une cellule nerveuse biologique.

Une cellule nerveuse appelée « neurone électrochimique organique à base de conductance »

c-OECN est l’appellation de cette cellule nerveuse artificielle de dernière génération qui intègre au contraire de son prédécesseur, 15 des 20 caractéristiques neuronales qui caractérisent les cellules nerveuses biologiques.

Autant dire que son fonctionnement est également bien plus proche de celui d’un « vrai » neurone.  

« L'un des principaux défis dans le développement de neurones artificiels qui imitent efficacement de vrais neurones biologiques est la capacité d'incorporer la modulation ionique. Les neurones artificiels traditionnels en silicium peuvent imiter de nombreuses caractéristiques neuronales mais ne peuvent pas communiquer via des ions. En revanche, les c-OECN utilisent aussi les ions et intègrent ainsi plusieurs caractéristiques clés des vrais neurones biologiques ».

L’équipe de recherche est également spécialisée en nanocircuits électrochimiques organiques imprimables et travaille, depuis des années, à l'optimisation de ces transistors afin qu'ils puissent être imprimés sur une fine feuille de plastique. Aujourd’hui il est possible d'imprimer des milliers de transistors sur un substrat flexible et de les utiliser pour développer ces cellules nerveuses artificielles. Dans le neurone artificiel c-OECN, les ions sont utilisés pour contrôler le flux de courant électronique à travers un polymère conducteur, ce qui entraîne des pics de tension de l'appareil.

Un processus parfaitement similaire à celui qui se produit dans les cellules nerveuses biologiques.

Le matériau unique de la cellule nerveuse artificielle permet également d'augmenter et de diminuer le courant selon une courbe en forme de cloche presque parfaite qui ressemble à l'activation et à l'inactivation des canaux ioniques sodium trouvés naturellement en biologie.

Une preuve de concept in vivo : ces nouveaux neurones c-OECN connectés au nerf vague de souris permettent en effet de stimuler les nerfs des souris et d’entraîner, pour preuve, une modification de 4,5 % de leur fréquence cardiaque.

Quelles applications ? Le fait que le neurone artificiel puisse par lui-même stimuler le nerf vague ouvre la voie à de nombreuses applications médicales, le nerf vague jouant un rôle clé, par exemple, dans le système immunitaire et le métabolisme de l'organisme. Mais d’autres applications sont également envisagées en médecine régénérative.

La prochaine étape sera de réduire la consommation énergétique de ces neurones artificiels, actuellement supérieure à celle des cellules nerveuses humaines. Mais la voie des nerfs artificiels est tracée.

« Nous avons un long chemin à parcourir, car il nous reste encore beaucoup à comprendre sur le cerveau humain et les cellules nerveuses. En fait, nous ignorons comment la cellule nerveuse utilise bon nombre de ces 15 caractéristiques identifiées. Cependant, reconstruire des cellules nerveuses peut nous permettre de mieux comprendre le cerveau et de remplacer des circuits détruits par des réseaux capables d'effectuer des tâches intelligentes ».

Source: Nature Materials 12 Jan, 2023 DOI: 10.1038/s41563-022-01450-8 Ion-tunable antiambipolarity in mixed ion-electron conducting polymers enables biorealistic organic electrochemical neurons

Plus en Médecine régénérative

Équipe de rédaction SantélogFév 9, 2023Rédaction Santé log