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Neurones organiques artificiels

16.01.2023

Des chercheurs de l'Université de Linköping (LiU), en Suède, ont créé un neurone organique artificiel qui imite étroitement les caractéristiques des cellules nerveuses biologiques. Ce neurone artificiel peut stimuler les nerfs naturels, ce qui en fait une technologie prometteuse pour diverses procédures médicales à l'avenir.

Au Laboratoire d'électronique organique LOE, les travaux se poursuivent pour développer des cellules nerveuses artificielles de plus en plus fonctionnelles. En 2022, une équipe de scientifiques dirigée par la professeure adjointe Simona Fabiano a démontré comment un neurone organique artificiel peut être intégré dans une plante carnivore vivante pour contrôler l'ouverture et la fermeture de sa bouche. Cette cellule nerveuse synthétique correspondait à 2 des 20 caractéristiques qui la distinguent d'une cellule nerveuse biologique.

Les chercheurs de LiU ont développé une nouvelle cellule nerveuse artificielle appelée neurone électrochimique organique à conduction, ou c-OECN, qui imite avec précision 15 des neurones. 20 caractéristiques neurales qui caractérisent les cellules nerveuses biologiques, les faisant fonctionner un peu comme les cellules nerveuses naturelles.

L'un des principaux défis dans la création de neurones artificiels qui imitent efficacement les vrais neurones biologiques est la capacité d'activer la modulation ionique. Les neurones artificiels traditionnels en silicium peuvent émuler de nombreuses fonctions neuronales mais ne peuvent pas communiquer via des ions. En revanche, les c-OECN utilisent des ions pour démontrer plusieurs caractéristiques clés des vrais neurones biologiques », explique Simone Fabiano, chercheuse principale du groupe de nanoélectronique organique au LOE.

En 2018, un groupe de recherche de l'Université de Linköping a été l'un des premiers à développer des transistors électrochimiques organiques à base de polymères de plomb de type n, qui sont des matériaux capables de produire des charges négatives. Cela a permis de créer des circuits électrochimiques organiques complémentaires pour l'impression. Depuis lors, le groupe travaille à l'optimisation de ces transistors afin qu'ils puissent être imprimés sur une presse à imprimer sur une fine feuille de plastique. En conséquence, il est désormais possible d'imprimer des milliers de transistors sur un substrat flexible et de les utiliser pour concevoir des cellules nerveuses artificielles.

Dans un neurone artificiel nouvellement développé, les ions sont utilisés pour contrôler le flux de courant d'électrons à travers un polymère de plomb de type n, ce qui entraîne des pics de tension dans le dispositif. Ce processus est similaire à ce qui se passe dans les cellules nerveuses biologiques. Le matériau unique de la cellule nerveuse artificielle permet également au courant d'augmenter et de diminuer dans une courbe en cloche presque parfaite, rappelant l'activation et l'inactivation des canaux ioniques sodium trouvés en biologie.

Dans des expériences menées en collaboration avec l'Institut Karolinska (KI), de nouveaux neurones c-OECN ont été connectés au nerf vague de souris. Les résultats montrent que le neurone artificiel peut stimuler les nerfs des souris, provoquant une modification de 4,5 % du rythme cardiaque.

Le fait qu'un neurone artificiel puisse stimuler le nerf vague lui-même pourrait ouvrir la voie à des applications importantes dans diverses formes de traitement à long terme. En général, les semi-conducteurs organiques ont l'avantage d'être biocompatibles, mous et ductiles, tandis que le nerf vague joue un rôle clé dans, par exemple, le système immunitaire et le métabolisme de l'organisme.

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