Histoires de réussite

Une nano-micro électrode ouvre de nouveaux horizons en recherche cérébrale

Une microélectrode à nanobordure développée par les chercheurs de l’Université de Calgary Colin Dalton (à droite) et Pierre Wijdenes porte la recherche cérébrale à de nouveaux sommets.

L’électrode est la bête de somme de la recherche cérébrale. Elle joue un rôle primordial sur l’enquête des maladies neurologiques comme la maladie de Parkinson et l’épilepsie. Cependant, la saisie électronique des données qu’autorise cette méthode ayant été peaufinée au point de pouvoir cibler des neurones individuels, la recherche cérébrale a été freinée par la tendance de la technique des électrodes actuelle à tuer les cellules dans lesquelles elles sont insérées.

Aujourd’hui, une réinvention de l’humble électrode aide les chercheurs de l’Université de Calgary à renverser cet obstacle. Leur microélectrode à nanobordure démontre un grand potentiel qui pourrait permettre de comprendre et de traiter l’épilepsie et elle est à la base d’une entreprise en démarrage, Neuraura.

Colin Dalton, professeur en génie électrique et informatique, a eu l’idée alors qu’il travaillait au Hotchkiss Brain Institute de l’Université de Calgary il y a environ dix ans. Il a perçu une occasion d’innovation vu la nature hautement adaptable de la conception des électrodes.

« Les dispositifs standards que les neuroscientifiques achetaient n’étaient pas ce qu’il leur fallait pour leurs recherches », se rappelle-t-il. « J’ai dit : ‘Je peux les fabriquer pour vous. Des dimensions et de la forme que vous voulez.’ Nous avons commencé à placer des électrodes là où nous les voulions, modifiant leurs dimensions, leur espacement et leur forme. »

Ces changements ont résolu un problème immédiat, mais ils ont aussi soulevé des questions plus générales quant à la façon et à la raison pour lesquelles les chercheurs prenaient des relevés électriques de cellules en premier lieu. Le professeur Dalton s’est intéressé tout particulièrement à ces défis en matière de traitement de l’information. Il administre aussi la salle blanche où les microélectrodes sont fabriquées, Microsystems Hub. Il s’est rendu compte que, non seulement serait-il possible de développer une démarche tout à fait nouvelle pour tracer les signaux électriques dans les cellules du cerveau, on pourrait aussi fabriquer les outils nécessaires pour ce faire.

M. Dalton s’est d’abord tourné vers CMC Microsystèmes pour un logiciel de simulation modélisant la façon dont les neurones communiquent les uns avec les autres. Il attribue à CMC le mérite d’avoir facilité le processus redoutable de retourner une technologie bien établie à la case de départ.

« Sans accès au type de logiciel avec lequel nous travaillions, nous n’aurions pas pu obtenir des connaissances fondamentales sur ce qui se passe vraiment au niveau cellulaire », dit-il « Nous avons pu déterminer ce qui se passait entre les neurones et l’électrode qui était en contact avec ces cellules. Nous avons donc pu commencer à simuler diverses formes d’électrodes. »

« Au lieu de l’électrode en métal parfaitement plate traditionnelle, nous avons étudié celles pourvues d’une nanobordure autour de la circonférence. Nous n’endommagions pas la cellule pour obtenir l’évolutivité. Le rapport signal-bruit était meilleur. »

Les efforts du professeur Dalton se sont accélérés quand Pierre Wijdenes, doctorant qui avait fait du dessin industriel en France, a apporté des points de vue qui se sont avérés encore plus importants pour le projet.

« Dans le cadre de mon travail antérieur comme ergonomiste, nous avons examiné l’interaction entre systèmes et technologies », dit M. Wijdenes. « Nous avons développé des technologies qui satisfaisaient aux besoins des gens, tant et aussi bien que l’interaction devint transparente. »

Dans ce cas-ci, il fallait collecter de l’information d’une cellule de façon telle que le processus n’affecte pas son comportement ou sa santé. Les résultats ont dépassé les attentes de tous, tirant au clair des activités neuronales auparavant inaccessibles.

« Nous avons pu déterminer ce qui se passait entre les neurones et l’électrode qui était en contact avec ces cellules. »

Il se peut que le résultat le plus significatif soit la confirmation de l’aura épileptique, d’un goût particulier ou d’un picotement que les individus disent éprouver avant une crise. Pareilles déclarations avaient été anecdotiques auparavant, mais des enregistrements neuraux des cellules des cerveaux d’animaux indiquent que ce phénomène existe bel et bien.

« Nous commençons à percevoir des indicateurs dans les signaux électriques du cerveau, juste avant que se produise une crise électrique massive », dit M. Dalton, pour qui c’est la première étape d’un traitement contre l’épilepsie en temps réel. « On voit des choses se produire. Donc, aussitôt que nous pourrons le faire de façon répétée, nous pourrons commencer à prédire les crises, voire laisser savoir aux gens ce qui va arriver et, peut-être, intervenir de quelque façon. »

Une application aussi puissante a motivé M. Dalton et M. Wijdenes de fonder leur entreprise en démarrage, Neuraura, le nom associant « neurone » à « aura ».

« L’idée consiste à augmenter le cycle d’innovation et de construire ces choses à la micro- et nanoéchelle», dit le professeur Dalton, pour qui CMC jouera un rôle critique, fournissant les connaissances et les relations facilitant ce genre de travail de pointe. « Il y a bien des gens qui ont de formidables idées, mais ils n’ont pas accès à l’équipement qu’il leur faut. CMC aide à tirer parti de ce dont sont pourvues les universités. »

Crédit Photo : Mike Ridgewood

Avril 2018

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