Biopile à Glucose sans Médiateur – M-GBFC

Les biopiles à glucose (GBFC), dont les réactions rédox sont catalysées par des enzymes, occupent une place de choix dans la recherche mondiale. Bien que leur première application envisagée ait été l’implantation dans le corps animal, celle-ci n’avait encore jamais été réalisée. En effet, les enzymes utilisées dans les GBFC classiques présentent des caractéristiques incompatibles avec les spécificités physiologiques. Or, si des dispositifs tels que les pacemakers ou les pompes à insuline implantables se satisfont de puissances de quelques dizaines de micro-watts, que des piles scellées classiques au lithium peuvent fournir pendant plusieurs années, des dispositifs susceptibles de pallier la défaillance de fonctions essentielles impliquant un travail mécanique sont beaucoup plus gourmands en énergie. Les applications pour une GBFC capable de produire au moins quelques centaines de micro-watts seraient donc multiples et totalement innovantes.

Nous avons réussi récemment une première : implanter dans un rat une GBFC, capable de produire plusieurs micro-watts, malgré les conditions très particulières du Liquide Extra-Cellulaire, grâce à une architecture originale : utilisation de l’enzyme polyphenol oxydase pour la réduction de l’oxygène, connexion simple et originale des enzymes et des médiateurs, par compression dans une poudre graphite, emballage dans des membranes de dialyse pour confiner les éléments actifs, puis dans du polytétrafluoroéthylène pour éviter des réactions inflammatoires.

Dans sa configuration actuelle, ce succès a suscité l’intérêt de plusieurs industriels. Nous proposons de capitaliser sur cet intérêt et sur l’amélioration récente in vitro d’un facteur 1000 de la performance de notre concept de GBFC. Ces nouveaux résultats sont fondés sur une innovation majeure : supprimer les médiateurs redox, par la connexion directe des enzymes sur des nanotubes de carbone, enzymes et nanotubes étant comprimés et «conditionnés » d’une manière similaire à celle qui nous a permis l’implantation sur l’animal. Une part importante du travail consistera à mettre au point des protocoles d’expérimentation animale, sur rat et sur cochon, pour pouvoir caractériser le rendement physiologique de nos GBFC et donc disposer d’éléments quantifiés pour effectuer les choix électrochimiques et architecturaux qui nous permettront d’optimiser nos GBFC et d’atteindre une puissance visée d’au moins 100 à 200 microwatts. Ces résultats quantifiés permettront de renforcer le travail de prospection de partenaires industriels déjà bien entamé, notre objectif étant à l’issue du projet de disposer d’un prototype dont le fonctionnement sur animaux aura été validé et pourra convaincre un partenaire industriel de se lancer dans le développement d’une GBFC utilisable chez l’homme.

Ce projet est par nature très pluridisciplinaire. TIMC-IMAG est spécialisé dans les Gestes Médico-Chirurgicaux Assistés par Ordinateur (d’où vient la demande en source d’alimentation pour des micro-robots implantables, tel que le Sphincter Artificiel Urinaire Automatisé que nous développons, requérant environ 200 micro-watts). Ce laboratoire apporte également l’expertise nécessaire pour les expérimentations animales. DCM apporte une équipe spécialisée en électrochimie, qui met son expérience en matière de biocapteurs au service de la conception et de la mise en œuvre des GBFC originales que nous souhaitons tester. La complémentarité de ces deux équipes a déjà porté ses fruits, puisqu’elle a permis de réussir la première implantation d’une GBFC dans un animal. Ces deux équipes de la même université et du CNRS sont aidées pour la valorisation de leurs travaux par Floralis, filiale de valorisation de l’UJF, avec l’aide de qui 3 brevets ont déjà été déposés, un quatrième étant en cours de dépôt, et qui contribue également activement à la prospection de partenaires industriels. Plusieurs acteurs industriels ont déjà manifesté leur intérêt pour ce projet.