Du carbure de silicium pour stimuler les neurones

Utiliser un matériau pour les applications de puissance pour faire de la stimulation neuronale… C’est le pari d’un projet soutenu par l’ANR (Agence nationale de la recherche), et qui regroupe plusieurs laboratoires et industriels grenoblois.

Les plus belles opportunités ne sont pas toujours là où on les attend ! Une équipe de l’IMEP-LAHC⁽¹⁾, qui étudie depuis une dizaine d’année le potentiel des nanofils de carbure de silicium (SiC) pour réaliser des biocapteurs permettant d’améliorer la qualité et la précocité des diagnostics médicaux, vient d’ouvrir la voie à de nouvelles applications dans le domaine des neurosciences.

« L’élément déclencheur a été la rencontre avec Stephen Saddow, chercheur à l’université de South Florida, qui est venu passer quelques mois comme professeur invité à Grenoble INP – UGA à l’IMEP-LAHC et au LMGP⁽²⁾ en 2016, explique Edwige Bano, enseignante à Grenoble INP – Phelma, UGA, et chercheuse au laboratoire. Il travaillait sur la biocompatibilité du SiC, et a été le premier à émettre l’idée d’utiliser ce matériau pour faire de la neurostimulation. »  

En effet, les implants actuellement utilisés pour traiter des troubles tels que la maladie de Parkinson, se heurtent à des problèmes de fiabilité et de stabilité à long terme. Sujets à un rejet progressif par le système immunitaire du patient, ils provoquent une réponse inflammatoire et les courants mesurés sont de plus en plus faibles avec le temps, jusqu’à nécessiter un nouvel implant, et donc une nouvelle opération traumatisante. L’utilisation d’un semi-conducteur bio-compatible, chimiquement inerte, rigide et très flexible pour les faibles épaisseurs pour fabriquer l’intégralité de l’implant, pourrait fournir une alternative intéressante.

ECoG grid implanted at the CHUGA in an epileptic subject (scale bar =1 cm)

Pour le vérifier, plusieurs partenaires académiques et industriels travaillent de concert dans le cadre d’un projet financé par l’ANR et coordonné par Edwige Bano. Ce projet, qui a reçu 802 000 euros de subventions pour 4 ans, vise à développer un implant très souple, pourvu d’un revêtement capable de glisser dans les tissus sans les abîmer pour aller positionner les électrodes dans des zones difficiles d’accès. « Nous avons une vraie valeur ajoutée à apporter sur plusieurs points, explique Edwige Bano. D’abord, la nanostructuration de l’implant par la réalisation de piliers de SiC par gravure permet d’augmenter la surface d’échange de l’électrode de façon spectaculaire et d’augmenter la sensibilité du capteur. Ensuite, il est possible de fonctionnaliser ce matériau en le recouvrant d’un hydrogel destiné à éviter l’inflammation en facilitant l’insertion. Enfin, notre partenariat avec une équipe Inserm au GIN⁽³⁾ nous permet d’envisager des phases d’expérimentation in vivo sur des modèles animaux, indispensables au développement de tout dispositif médical. »

Flexible polyimide implant designed at GIN (Collab. ESIEE Paris)

Le projet fait, entre autres, intervenir le SIMAP⁽⁴⁾, qui développe le SiC polycristallin qui constituera le substrat de l’électrode, l’IMEP-LAHC qui développe le SiC amorphe qui entourera cette dernière, et le LMGP qui teste actuellement des hydrogels destinés à encapsuler le capteur. Le LTM⁽⁶⁾ est également impliqué dans le développement des briques technologiques au sein de la Plateforme de Technologie Amont, salle blanche dédiée à la réalisation de prototypes. Deux industriels sont de la partie : Plasma-therm Europe en tant qu’équipementier et Novasic (récemment racheté par SOITEC) qui fournit le SiC monocristallin.

Ce projet ouvre la voie au regroupement de l’ensemble des laboratoires et industriels grenoblois actifs dans le domaine des Neurotechnologies dans le cadre d’un Cross Disciplinary Project (CDP) de l’Université Grenoble Alpes. Clinatec, centre de recherche biomédicale grenoblois, et le TIMC⁽⁵⁾, lequel travaille notamment sur des robots dynamiques avec plusieurs degrés de liberté pour arrimer l’implant dans la zone d’intérêt, rejoindront le consortium.

1 – CNRS, Grenoble INP – UGA, UGA, Université Savoie Mont-Blanc

2 – CNRS, Grenoble INP – UGA

3 – Grenoble Institut des Neurosciences

4 – CNRS, Grenoble INP – UGA, UGA

5 – CNRS, Grenoble INP – UGA, UGA, VetAgro Sup

6 – Laboratoire des technologies de la microélectronique : CNRS, UGA, CEA-Leti