Un implant de stimulation cérébrale sans pile alimenté par la respiration

Pendant de nombreuses années, les symptômes de la maladie de Parkinson ont été traités à l’aide d’implants qui régulent l’activité électrique du cerveau. Cependant, il est devenu clair récemment que ces dispositifs implantables peuvent être capables de bien plus. Une nouvelle conception qui utilise des générateurs triboélectriques intégrés pour transformer les mouvements respiratoires de l’utilisateur en électricité pourrait améliorer la vie avec ces appareils.

Implants de stimulation cérébrale alimentés par batterie

La stimulation électrique cérébrale profonde consiste à implanter de minuscules fils dans des régions spécifiques du cerveau pour donner des impulsions électriques douces, intervenant ainsi pour réparer l’activité électrique anormale de l’organe. La méthode a été approuvée pour traiter les tremblements de Parkinson en 1997 ; cependant, les scientifiques l’ont récemment adapté pour traiter comportement impulsif et la dépressionavec des premiers résultats encourageants.

Chaque année, environ 150 000 patients reçoivent ces implants, le dispositif étant inséré sous la peau de la poitrine et les fils remontant jusqu’au cerveau. Cependant, dans leur forme actuelle, les appareils nécessitent une intervention chirurgicale tous les deux ou trois ans pour remplacer leurs piles.

Solution sans batterie

Nous avons vu des progrès fascinants dans la technologie des stimulateurs cardiaques conçus pour résoudre ce problème de batterie chez les patients souffrant de problèmes de rythme cardiaque. Par exemple, des chercheurs ont mis au point des stimulateurs cardiaques expérimentaux qui les muscles du corps pourraient alimenter.

Ce type de réflexion a maintenant été appliqué à la stimulation cérébrale profonde par des chercheurs du Université du Connecticut. Leur conception est basée sur l’effet triboélectrique, dans lequel certains matériaux, comme un ballon et vos cheveux, se chargent électriquement lorsqu’ils se frottent les uns contre les autres.

Les scientifiques ont construit un appareil de stimulation cérébrale profonde capable de capter cette énergie par les mouvements respiratoires d’une personne. L’implant comprend des couches de matériaux triboélectriques, qui produisent de l’électricité par frottement. Cette énergie électrique alimente le stimulateur cérébral profond en chargeant un supercondensateur biocompatible.

Esraa Elsanadidy, l’auteur de l’étude, a déclaré :

“Nous avons créé notre nanogénérateur triboélectrique en utilisant de nouveaux nanomatériaux qui produisent une production d’énergie importante lorsqu’ils entrent en contact les uns avec les autres, suffisamment d’énergie pour faire fonctionner le stimulateur cérébral profond.”

Test du nouveau dispositif de stimulation cérébrale profonde

Les chercheurs ont testé leur technologie sur un porc simulé comprenant un poumon de porc qui peut se gonfler et se dégonfler à l’aide d’une pompe, simulant l’inspiration et l’expiration. Ce mouvement a provoqué le frottement des matériaux triboélectriques les uns contre les autres, ce qui a généré de l’électricité que le stimulateur pouvait utiliser pour produire 60 impulsions électriques par seconde. Ceux-ci ont ensuite été utilisés pour stimuler le tissu cérébral de souris ex vivo.

Islam Mosa, un membre de l’équipe, a expliqué :

« C’est le premier système qui combine toutes les pièces ; récupération d’énergie efficace, stockage d’énergie et stimulateur cérébral contrôlé. De plus, nous avons démontré que notre stimulateur cérébral profond autonome peut stimuler par intermittence le tissu cérébral en alternant des périodes de stimulation et d’absence de stimulation, ce qui est une approche efficace de stimulation cérébrale profonde pour traiter les troubles psychiatriques.

L’étude Stimulateur cérébral profond intermittent autonome a été publié le 11 octobre 2022 dans Rapports de cellule Sciences physiques.