DS0305 - Apport des nanosciences et nanotechnologies aux matériaux fonctionnels et biotechnologies

Dispositifs électroniques micro et nanostructurés en polymère conducteur pour la neuroscience et l’ingénierie tissulaire – MODULE

Résumé de soumission

Chirurgiens et médecins ont un besoin crucial de dispositifs biomédicaux de plus en plus efficaces et performants. En ce qui concerne particulièrement les dispositifs à électrodes, la qualité du signal électronique d’enregistrement est primordiale. La plupart de ces dispositifs sont planaires et ne favorisent pas un contact quasi-direct avec le milieu cellulaire vivant ; résultant globalement d’une impédance des électrodes qui reste trop importantes et d’un couplage électrode/ cellules vivantes médiocre.
En effet, en neuroscience par exemple, des prothèses neuronales implantées in vivo souffrent de court temps de vie car la nature des matériaux utilisés et l’amplitude en tension véhiculée et enregistrée à l’interface entre les cellules neuronales et les électrodes conduisent à une inflammation rédhibitoire détruisant les tissus environnants et rend rapidement inopérationnel de tels dispositifs. Autre exemple, la technique des multi-électrodes (MEAs en anglais) utilisée in vitro est efficace seulement si l’amplitude des tensions mises en jeu est assez importante, ce qui amène de même inévitablement à une dégradation de la qualité des signaux du dispositif et annihile tout enregistrement sur du long terme. Les techniques d’électrophysiologie permettent de contourner des telles limitations, car les enregistrements sont faits en intracellulaire mais ne rendent pas possible, par contre, des mesures multi-sites et effectuées au même moment et en parallèle.
Les neurosciences ne disposent donc pas aujourd’hui de dispositifs à électrodes ayant un grand rapport signal sur bruit, un long temps de vie et rendant possibles des mesures sur le long terme.

De plus, dans le domaine de l’ingénierie tissulaire par exemple, les matériaux en surface des substrats sont reconnus pour jouer un rôle primordial en ce qui concerne la croissance et prolifération de cellules vivantes, et ainsi la régénération de tissus. Nombre d’articles scientifiques ont établi quels facteurs physico-chimiques pouvaient affecter la croissance cellulaire. Ceux-ci font appel i) à la chimie, ii) à la topographie (à l’échelle micro et nanoscopique) ou iii) à l’élasticité de surface des substrats. De même, une classe de matériaux, celle des polymères conducteurs, s’est révélé depuis une dizaine d’années et offre une nouvelle source de substrat conducteur pour mener des tests de stimulation électrique afin de modifier ces facteurs physico-chimiques et guider alors la croissance cellulaire ou favoriser l’adhésion cellulaire. Néanmoins, aucune investigation scientifique mettant en jeu l’effet simultané de tous ces facteurs dans un seul et même dispositif à base de polymère conducteur n’a été mis en place à ce jour et nous n’avons donc aucune retombée scientifique du bénéfice que peut apporter un tel effet combinatoire sur la régénération de tissus vivants.

En connaissance de l’état de l’art, le projet MODULE propose de repousser l’état de performance actuel de tels dispositifs en suivant l’approche innovante de fabriquer et caractériser des dispositifs à électrodes micro et nanostructurées en polymère conducteur de PEDOT : PSS conduisant à élaborer :
1) une matrice 2D d’électrodes intégrées qui établissent un excellent couplage avec les cellules vivantes et améliorent la qualité des signaux enregistrés,
2) un dispositif électronique comportant, en même temps, les facteurs physico-chimiques qui influencent la croissance et l’adhésion cellulaire.

Coordination du projet

Sébastien SANAUR (Département de Bioélectronique - Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint Etienne)

L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.

Partenaire

BEL - EMSE Département de Bioélectronique - Ecole Nationale Supérieure des Mines de Saint Etienne

Aide de l'ANR 178 970 euros
Début et durée du projet scientifique : septembre 2014 - 36 Mois

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