Dispositif étirable à base d'hydrogels pour le monitoring ou la stimulation électrique des tissus – STRETCH

De nouvelles applications dans le domaine biomédical pourraient émerger en combinant les propriétés électroactives des polymères conducteurs avec les caractéristiques de biocompatibilité et de biodégradabilité des polysaccharides naturels pour concevoir des biointerfaces électroniques souples, étirables et biorésorbables. Du fait de leurs propriétés mécaniques adéquates leur permettant de se conformer aux structures curvilignes des tissus naturels, ces dispositifs constituent des outils prometteurs pour la stimulation et l'enregistrement de l'activité électrique in vivo. Par ailleurs, leur caractère transitoire offre la possibilité de développer des dispositifs biomédicaux avancés tels que des systèmes de monitoring éliminant les risques associés à l'explantation chirurgicale, des stimulateurs pour accélérer la réparation des tissus et des systèmes temporaires de délivrance de médicaments. Le principal objectif du projet STRETCH est ainsi de concevoir et d'étudier de nouveaux matériaux d'électrodes et de pistes conductrices dont l'originalité résidera dans la combinaison de deux systèmes de polysaccharides réticulés incorporant un polymère conducteur. Ces matériaux entièrement polymériques seront intégrés dans un système dédié au monitoring neurophysiologique. La focalisation sur une telle application permet la collaboration étroite avec le milieu médical et est gage de la prise en compte des contraintes associées à l'implantation des dispositifs dès la conception des matériaux. Pour cette application spécifique, le nouveau dispositif doit i) optimiser son intégration dans les tissus, principalement en raison de sa capacité à correspondre mécaniquement à son environnement biologique; ii) fonctionner sur une courte période de temps (environ 3 semaines) et disparaître ensuite pour produire des produits biologiquement sûrs. Le développement de ce dispositif repose sur la mise au point de dispersions aqueuses à base de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT), un polymère biocompatible et conducteur électrique, et de polysaccharides sulfatés photoréticulables (dextrane sulfaté (DexS) et acide hyaluronique sulfaté (HAS)) pour obtenir des formulations de polymères conductrices ("encres"), imprimables, et présentant des propriétés biologiques et de dégradation adéquates. En plus d'agir comme agent dopant et dispersant du PEDOT dans l'eau (au lieu du poly (styrène sulfonate) utilisé habituellement), ces polysaccharides fonctionnels permettront i) la conception de pistes conductrices auto-réparantes, ii) la fabrication d'hydrogels conducteurs avec des propriétés bénéfiques pour les systèmes vivants, et iii) l'intégration de ces composants actifs dans un réseau d'électrodes biorésorbables. Dans ce projet, des films de chitosane réticulé (CHI) seront utilisés comme matériau isolant en tirant profit des propriétés de faible conductivité, de biocompatibilité, de biodégradabilité, d'adhésion et filmogènes du CHI.
La méthode proposée pour concevoir le réseau d'électrodes comprend la modification chimique du dextrane, du HA et du CHI, le développement de nouvelles encres photoréticulables PEDOT/DexS et PEDOT/HAS et leur dépôt localisé sur les substrats souples de CHI, ainsi que l'intégration du dispositif en combinant les techniques de microtechnologie et de photolithographie. Des études fondamentales seront menées pour caractériser les différents matériaux en termes de propriétés mécaniques, conductivité électrique au repos et sous étirement, ainsi que leur biorésorption en milieu physiologique et leur stabilité à la stérilisation. La biocompatibilité et le comportement de cellules cultivées sur ces matériaux hybrides feront également l'objet d'études in vitro et les meilleurs candidats seront choisis pour évaluer leur performance in vivo pour l'enregistrement de l'activité corticale chez le rongeur.