Matériaux fonctionnels à base de nanocarbone bioinspiré pour les dispositifs électroceutiques de prochaine génération – BIONAFE

La bioélectronique est une technologie émergente issue de la bioélectro-activité des organismes vivants, qui permet de combiner la surveillance en temps réel du corps humain et la possibilité d'influencer ses fonctions par stimulation électrique. Les dispositifs qui traitent les désordres neurologiques par des impulsions électriques, connus sous le nom d'électroceutiques, doivent être basés sur des matériaux conducteurs de pointe présentant d'excellentes caractéristiques électriques, capables de s'interfacer avec les systèmes biologiques sans déclencher de réponse inflammatoire. Le développement de dispositifs électroceutiques, en particulier d'électrodes biomédicales, doit tenir compte de la chimie de surface, de leur forme, de leur topographie, de leurs propriétés mécaniques et de la réponse des tissus, qui influent toutes sur leurs performances en matière de performance et stabilité de la détection/stimulation. Bien que les électrodes métalliques conventionnelles soient connues pour leur conductivité élevée, leur applicabilité est limitée par une "réaction de corps étranger" résultant de l'inadéquation chimique, biologique et mécanique entre un dispositif implantable et un tissu vivant. Cette inadéquation doit être résolue par la conception d'une interface neurale compatible entre le système nerveux et l'électrode.
Le projet BIONAFE vise à fournir une alternative biomimétique à base de nanocarbone aux électrodes métalliques conventionnelles, en développant un matériau d'électrode flexible et non métallique à partir de films auto-supportés de nanotubes de carbone (CNT) (buckypapers, BPs) modifiés avec une couche bioinspirée d'hydrogel conductrice biologiquement active « compatibilisant » l'électrode en contact avec le système immunitaire.
En raison de leur stratégie de fabrication unique et de leurs propriétés électriques avantageuses, les films, auto-supportés et mécaniquement stables, constitués entièrement d'agrégats de BPs de CNT sont des candidats prometteurs en tant que matériaux pour les bioélectrodes. Le fait que leur porosité puisse être modulée au cours de l'étape de fabrication permet de développer un matériau électroactif qui peut être partiellement pénétré par les cellules, ce qui devrait augmenter l'intégrité tissu/électrode et faciliter le processus de transfert de charge. Pour améliorer encore la biocompatibilité des BP CNT, leur surface sera recouverte d'une couche bioactive composée de molécules et de macromolécules naturellement présntes dans le cerveau : Des dérivés de carbohydrates ainsi que de protéines, qui seront modifiés avant le processus de dépôt pour assurer une bonne intégration avec le support CNT et les tissus en créant un microenvironnement capable de mimer la composition des tissus. Bien que l'objectif du projet BIONAFE soit de développer un matériau d'électrode à base de nanocarbone biomimétique adapté à une large gamme de tissus cibles, nous avons choisi comme preuve de concept des bioélectrodes utilisées pour la neuromodulation. Par conséquent, les propriétés biologiques des matériaux fonctionnels développés seront évaluées in vitro avec des lignées cellulaires humaines (SH-SY5Y, U87), ainsi qu'ex vivo avec des co-cultures embryonnaires de souris dérivées du cerveau moyen, en termes de cytotoxicité, de capacité à promouvoir l'intégration cellulaire et à stimuler l'activité neuronale. La biocompatibilité des revêtements sélectionnés sera évaluée dans des conditionsin vivo et comprendront l'analyse de l'hémocompatibilité, de la réactivité intradermique, des effets de l'implantation locale, ainsi que de la cytotoxicité chronique et subchronique.
Grâce à l'utilisation de matériaux d'électrodes mis au point, les électrothérapies devraient devenir plus efficaces. Sur la base de l'étendue des expériences préliminaires et de l'expertise de l'équipe du projet, nous espérons faire passer le niveau de préparation technologique du stade 2 au stade 4.