Biocapteurs implantables pour le suivi métabolique du parenchyme cérébral – NEUROSENSE

Les traumas crâniens et les hémorragies cérébrales sont une cause majeure de handicap chez les personnes jeunes. Or, une grande partie des lésions cérébrales se développent pendant les premiers jours suivant l?accident, alors que le patient est placé en unité de soins intensifs. Ces complications neurologiques sont difficilement détectables par le clinicien et les stratégies thérapeutiques permettant d?y remédier sont encore limitées. Dans ce contexte, il importe de mettre à la disposition du clinicien des outils innovants permettant le suivi de l?état du cerveau du patient pendant les premiers jours suivant l?accident. Le but de ce projet est de mettre au point des microbiocapteurs implantables directement dans le parenchyme cérébral et permettant de suivre en temps réel les concentrations de marqueurs biologiques dans le milieu interstitiel qui baigne les cellules du cerveau. L?idée d?analyser la composition du milieu interstitiel du patient a déjà été mise en ?uvre dans plusieurs unités de soins intensifs de par le monde grâce à la technique de microdialyse, qui consiste à prélever d?infimes quantités de milieu par une sonde de dialyse implantable. Cette technique a permis de proposer le suivi du glucose et de lactate pour évaluer le métabolisme cérébral du patient. Le glutamate, un acide aminé excitateur à l?origine de lésions excitotoxiques dans certaines situations d?ischémie ou d?hypoxie est aussi un marqueur important. Cependant, la microdialyse est une technique lourde, coûteuse, invasive et dont la résolution temporelle ne permet pas d?appréhender les variations rapides de concentrations. Les microbiocapteurs que nous proposons de développer seront beaucoup moins invasifs que les sondes de microdialyse et permettront un suivi seconde par seconde du parenchyme cérébral. Cette méthodologie innovante permettra de mieux prédire et comprendre les complications neurologiques pouvant apparaître chez le patient afin d?aboutir à un diagnostic plus précoce et à des stratégies thérapeutiques plus efficaces. Ce projet est porté par une équipe Inserm menée par Stéphane Marinesco, qui développe depuis de nombreuses années des microbiocapteurs implantables dans le cerveau du rat ou de la souris pour le suivi des concentrations extracellulaires de molécules neuroactives comme la dopamine, la sérotonine, le glucose, le lactate, le glutamate, la D-sérine ou le monoxyde d?azote (NO). Dans un premier temps, ces microbiocapteurs seront implantés dans le cortex de rats soumis à un protocole de trauma crânien, en collaboration avec Thomas Lieutaud, un praticien hospitalier en neurochirurgie qui mène une activité de recherche au CNRS sur ce thème. Ces microbiocapteurs permettront de caractériser les variations de glucose, lactate, glutamate, D-sérine et NO au cours des 7 premiers jours suivant le trauma, et de mieux comprendre quelles variations de concentrations caractérisent le mieux l?apparition de lésions neuronales secondaires. Le glucose, le lactate et le glutamate sont déjà reconnus comme des marqueurs importants de souffrance neuronale. Nous étudierons pour la première fois les variations de D-sérine et de NO après un trauma crânien et déterminerons dans quelle mesure leur détection peut améliorer le suivi des patients. Cependant, les microbiocapteurs actuels ne permettent de détecter qu?une seule molécule à la fois et ne sont pas compatibles avec une implantation chez l?homme. Au cours de ce projet, nous développerons une nouvelle génération de biocapteurs qui seront constitués d?une micro-aiguille de silicium sur lesquelles nous graverons des disques de platine. Ces surfaces sensibles en platine seront ensuite fonctionnalisées avec des polymères et des enzymes. Ces nouveaux biocapteurs seront conçus dans le laboratoire de Daniel Barbier, à l?Institut des Nanotechnologies de Lyon. Ils seront stérilisables et permettront de détecter jusqu?à cinq molécules neuroactives : le glucose, le lactate, le glutamate, et éventuellement la D-sérine ou le NO s?ils sont associés au développement de lésions neurologiques. Ces capteurs seront validés chez le rat dans un modèle de trauma crânien. Nous testerons spécifiquement leur biocompatibilité et leur durée de vie in vivo. A l?issue de ce projet, nous démarrerons la phase d?essais cliniques chez l?homme. Nous rechercherons également un partenaire industriel capable de certifier ce dispositif auprès de l?Union Européenne. L?ensemble de ce projet permettra développer des outils innovants qui permettront d?améliorer le diagnostic des complications neurologiques chez les traumatisés crâniens. Ce nouveau dispositif de détection des molécules neuroactives permettra d?améliorer considérablement la prise charge de ces patients.