Implantable nanocomposite microelectrodes for neural recording and stimulation coupled with neurotransmitter electrochemical detection

Microélectrodes nanocomposites implantables couplant enregistrement-stimulation neuronale et détection électrochimique de neurotransmetteurs L'électrophysiologie est le domaine de la physiologie qui vise à enregistrer l'activité électrique des tissues biologiques. En utilisant des microélectrodes implantées dans le cerveau, l'électrophysiologie a permis de réaliser des avancées décisives dans la compréhension des mécanismes neurologiques majeurs, comme la mémoire, le langage et l'apprentissage, grâce à l'enregistrement de l'activité électrique du cerveau. Ces avancées promettaient d'aider au développement de traitements et de dispositifs thérapeutiques pour les principales maladies neurologiques comme Parkinson, Alzheimer ou l'épilepsie. Cependant, la nécessité d'obtenir des sources de signaux complémentaires aux enregistrements électrophysiologiques a récemment émergé, la recherche thérapeutique basée exclusivement sur l'utilisation de ces signaux électriques conduisant le plus souvent à des impasses. Ces signaux électriques étant portés par des molécules appelées neurotransmetteurs, leur détection en temps réel devrait être une source pertinente de signaux complémentaires à combiner aux signaux électrophysiologiques. Durant cette thèse, de nouvelles microélectrodes nano-composites à base de PEDOT et de nanofibres de carbone oxydées ont été développées pour réaliser cette combinaison. Ces électrodes présentent d'excellentes caractéristiques in-vitro pour l'électrophysiologie bidirectionnelle, avec une faible impédance et une forte capacité d'injection de charge. Ces électrodes permettent également de détecter électrochimiquement la dopamine (un neurotransmetteur clé) grâce à deux techniques complémentaires, la chronoampérométrie et la voltammétrie cyclique rapide. De plus, ces électrodes modifiées gardent un profil spatial adéquat pour s'interfacer avec une cellule unique, ce qui ajouté à leurs autres caractéristiques en font des dispositifs adéquats pour l'interfaçage neuronal multifonctionnel, ajoutant la détection de neurotransmetteurs à l'enregistrement électrique. Intégrées sur des implants flexibles, ces électrodes ont été testées in-vivo dans des tranches de cerveau de souris comme électrodes d'enregistrement et de stimulation électrique, réalisant de l'électrophysiologie bidirectionnelle. Leurs hautes performances ont permis d'enregistrer l'activité électrique du cerveau sur une plage de fréquences plus importante et avec un meilleur rapport Signal sur Bruit que celui obtenu avec des microélectrodes standard. En conclusion, les performances des microélectrodes modifiées développées durant cette thèse sont très prometteuses pour l'interfaçage neuronal multifonctionnel au niveau de la cellule unique. Elles permettent en effet le couplage d'enregistrements électrophysiologiques et de stimulation électrique in-vivo, tout en permettant la détection électrochimique de neurotransmetteurs in-vitro. Ces propriétés en font des dispositifs de pointe pour la recherche et pour des applications thérapeutiques en neuroscience faisant appel à la fois à l'enregistrement des activités électrique et neurochimique.