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Ultra-Petits biocapteurs de micro-électrode pour l'analyse de lésion cérébrale

Thought LeadersStéphane MarinescoAssociate ProfessorLyon Neuroscience Research Center

Une entrevue de Stéphane Marinesco, professeur agrégé au centre de recherche de neurologie de Lyon dans Inserm, discutant le développement d'ultra-petits biocapteurs de micro-électrode pour l'analyse des lésions cérébrales traumatiques, sans risques des biocapteurs conventionnels de micro-électrode. Cette entrevue a été conduite chez Pittcon 2019.

Pourquoi est-il important de surveiller les changements chimiques en liquide interstitiel suivant une lésion cérébrale traumatique (TBI) ?

Pour les patients sévèrement blessés qui peuvent être dans un coma, avoir arrêté parler ou ne pouvez pas répondre à l'inspection clinique, le besoin de médecins d'utiliser le matériel pour comprendre comment le cerveau récupère. Pour surveiller l'activité cérébrale, des biocapteurs peuvent être employés pour analyser le liquide interstitiel de cerveau. De ceci, nous pourrions effectuer des décisions cliniques et le traitement initié si eus besoin.

Apoptose (mort cellulaire) dKateryna Kon | Shutterstock

Quels changements métaboliques sont type vus du cerveau blessé ?

Pour des lésions cérébrales sévères, nous surveillons habituellement les métabolites comme le glucose, le lactate, et le pyruvate, qui nous indiquent que le cerveau effectue l'énergie. Il y a des configurations spécifiques qui peuvent nous indiquer si le cerveau récupère ou pas.

Par exemple, si le cerveau se répare, il va absorber beaucoup de glucose, ainsi vous pouvez voir la concentration descendre. Beaucoup de lactate et pyruvate sont produits dans ce procédé, ainsi vous verrez les concentrations monter. C'est un bon signe. Au contraire, si le cerveau ne peut pas produire l'énergie, vous verrez que le lactate monter et le pyruvate descendent. Ceci peut être trouvé avec le microdialysis de cerveau, et probablement avec des biocapteurs de micro-électrode à l'avenir.

Pourquoi les biocapteurs de micro-électrode utiles pour le dépistage des changements neurochimiques de l'interstitiel de cerveau sont-ils liquides ?

Les biocapteurs de micro-électrode sont utiles parce qu'ils peuvent être miniaturisés très aux petites tailles. Ceci aide en évitant des blessures au cerveau en insérant la sonde. Un autre avantage est qu'ils peuvent fournir en second lieu par les deuxièmes caractéristiques, nous permettant d'observer très rapide et le transitoire change continuer dans le cerveau.

Quelles sont les limitations principales des biocapteurs conventionnels de micro-électrode ?

La limitation principale est la taille des sondes. Nous devons insérer la sonde afin de comprendre la chimie à l'intérieur du cerveau. Ceci peut blesser le cerveau, particulièrement les petits vaisseaux sanguins qui sont dans le tissu. Ceci produit deux problèmes. Premièrement, il endommage davantage le cerveau, et deuxièmement, il réduit la validité des caractéristiques.

Même si nous n'endommageons aucun, un autre problème est que nous ne savons pas si le tissu environnant se comporte différemment quand une sonde a été insérée. Cependant, des biocapteurs de micro-électrode sont actuel vérifiés chez les animaux et représentent une avancée majeure comparée aux techniques conventionnelles telles que le microdialysis intracérébral.

Pouvez-vous veuillez décrire les ultra-petits biocapteurs de micro-électrode que vous avez développés ?

Les biocapteurs de micro-électrode se composent d'un micro-électrode avec de l'enzyme immobilisée sur le bout. C'est fondamentalement un titrage de l'enzyme qui est miniaturisé très à un de petite taille. Les biocapteurs conventionnels de micro-électrode comportent beaucoup de risques, comme mentionné ci-dessus. Dans mon équipe de recherche, nous avons développé un ultra-petit biocapteur qui est de 12 microns de diamètre utilisant des fibres de carbone. C'est incroyablement petit et nous sommes fiers d'avoir réalisé cela.

Biocapteurs dans le traumatisme de cerveau d'AZoNetwork sur Vimeo.

Qu'avez-vous vu quand les biocapteurs ont été implantés dans un modèle de rat ? Pourquoi est-ce que c'était significatif ?

Quand les biocapteurs ont été implantés dans un modèle de rat, nous avons vu les niveaux diminués de l'oxygène et les niveaux de lactate dans le cerveau. Ce prouvé qui les estimations de concentration que nous avions germé avec basé sur des caractéristiques des biocapteurs conventionnels de micro-électrode n'étaient pas complet précises. Nous pouvions alors régler les estimations sur quelque chose qui est plus près de réalité, ainsi le contrôle était réellement important.

Nous avons également constaté que les petits vaisseaux sanguins autour du détecteur ont été préservés. Ceci propose que nos sondes soient moins pour blesser le tissu environnant quand elles sont insérées et retirées. Ce sera important si nous voulons appliquer nos détecteurs aux patients.

Pourquoi avez-vous choisi d'employer les fibres platinées de carbone ?

Le platine est réellement le matériau du choix pour effectuer des biocapteurs de micro-électrode. Cependant, le problème avec des fils de platine est qu'ils tendent à être épais. En outre, le platine est un métal mou, ainsi si vous rendez les fils trop minces, le sujet d'ensemble courbera, le rendant impossible à manipuler.

Pour résoudre ce problème, nous nous sommes tournés vers des fibres de carbone. Les fibres de carbone sont très rigides et peuvent être manipulées facilement. Le seul problème avec le carbone est que ce n'est pas un bon matériau électrochimique pour faire le genre d'analyses que nous voulons faire.

Ainsi, nous avons décidé de combiner les deux propriétés en trouvant un moyen de couvrir la fibre de carbone de platine. Ce faisant, nous avons obtenu un ultra-petit objectif avec toutes les propriétés chimiques de platine, nous donnant les deux avantages ensemble.

Pourquoi est-il important de pouvoir surveiller le cerveau deuxième-par-deuxième après un TBI ?

Nous savons que dans le cerveau blessé il y a quelques événements pathologiques très rapides et passagers qui nous voulons que peuvent voir, ainsi il est important que n'importe quelle technique ait une définition temporelle élevée. Un exemple de ceci est dépolarisation de propagation corticale, où les ondes de la dépolarisation écartent en travers du cerveau par l'intermédiaire des nerfs et des cellules glial. Ces cellules sont dépolarisées ensemble et propagent dans le cerveau avant le disparaition. Les bouts entiers de procédé environ cinq mn.

Nous devons pouvoir décrire chaque phase des procédés comme la dépolarisation de propagation corticale pour que les médecins comprennent si ces ondes se produisent, ce qui sont les signatures chimiques, et si elle constitue un danger à la santé du patient ou pas. Pouvoir observer ce deuxième-par-deuxième est excellent. Sommes réellement nous pourrions également avoir un point d'informations pendant dix secondes, mais en second lieu par deuxième pour ce que nous orientions.

Que d'autres avantages les biocapteurs neufs offrent-ils au-dessus des biocapteurs conventionnels ?

Le principal avantage de nos ultra-petits biocapteurs est leur taille, qui nous permet de les implanter et de les enlever sans blessures au patient ou à l'animal. De plus, parce que nous ne blessons pas le tissu, nos valeurs chimiques sont beaucoup plus précises et appropriées à la condition réelle du cerveau que nous voulons étudier. Ceci, consécutivement, permet à des médecins de prendre les meilleures décisions cliniques pour leurs patients.

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Un ultra-petit biocapteur de micro-électrode à côté des cheveux. Cette image explique le degré de miniaturisation que l'équipe de Marinesco pouvaient réaliser.

À l'avenir, pensez-vous d'ultra-petits biocapteurs de micro-électrode entrerez-vous dans la clinique ? Quelles sont les prochaines opérations pour votre recherche ?

J'espère réellement que les biocapteurs que nous avons développés entrent dans la clinique - c'est l'objectif général de ma recherche et de ma durée. Je pense qu'elles fourniront beaucoup d'avantages, vu qu'elles fournissent à la deuxième-par-deuxième surveillance la lésion très petite au tissu cérébral. Cependant, il reste beaucoup de chemin à faire jusqu'à ce que nous puissions commencer à les mettre en application dans les patients…

Il y a plusieurs choses que nous devons faire. Premièrement, nous devons nous assurer que ces dispositifs ne sont pas toxiques et qu'ils n'enfonceront pas le cerveau patient. Ce serait une catastrophe pour le patient, ainsi nous ne voulons pas cela.

Nous devons également nous assurer qu'ils fonctionneront pendant sept à quatorze jours dans le cerveau. C'est la durée où nous devons surveiller les patients, car ils peuvent avoir des complications pour jusqu'à pendant deux semaines après qu'ils sont admis à l'hôpital, et nous ne sommes pas bien là encore. Il reste beaucoup de chemin à faire, mais mon espoir est nos biocapteurs service jour le public.

Où peuvent les lecteurs trouver plus d'informations ?

Notre papier en retard sur les biocapteurs d'une façon minimum invasifs de micro-électrode basés sur les fibres platinées de carbone : Biocapteurs invasifs de micro-électrode de Chatard C, de Sabac A, de Moreno-Velasquez L, de Meiller A et de Marinesco S (2018) d'une façon minimum pour la surveillance de cerveau basée sur les fibres platinées de carbone. La Science de central d'ACS. 4 : 1751-60. doi-org.gate2.inist.fr/10.1021/acscentsci.8b00797

Un papier récent sur la lésion cérébrale traumatique de surveillance chez les animaux utilisant des biocapteurs de micro-électrode : 2017) réactions hypermetabolic modifiées de Balança B, de Meiller A, de Bezin L, de Dreier J, de Lieutaud T et de Marinesco S (aux dépolarisations de propagation corticales après lésion cérébrale traumatique chez les rats. Flux sanguin Metab de J Cereb. 37(5) : 1670-1686. doi.org/10.1177/0271678X16657571

Révision récente sur le sujet : Chatard C, Meiller A et 2018) biocapteurs de micro-électrode de Marinesco S (pour in vivo l'analyse du liquide interstitiel de cerveau. Électroanalyse 30 : 977-998. doi.org/10.1002/elan.201700836

Au sujet de Stéphane Marinesco

Stéphane MarinescoStéphane Marinesco a été formé dans le bureau d'études chez Ecole Polytechnique (France) et a reçu un PhD en neurologie de l'université de Lyon travaillant au dépistage de sérotonine dans le cerveau de rat et étudiant son rôle dans le sommeil et la tension.

M. Marinesco a reçu davantage de formation en tant que chercheur post-doctoral chez l'Université de Yale et l'Uc Irvine avec P.R. Thomas J Carew, étudiant le neuromodulation de sérotonine dans un mollusque marin utilisant des techniques électrochimiques. M. Marinesco est revenu à la France en 2005 en tant que professeur adjoint dans le CNRS au sur Yvette de GIF, et à un professeur agrégé à Lyon en 2008.

La recherche actuelle de Stéphane Marinesco intéresse l'orientation sur développer les biocapteurs novateurs de micro-électrode pour la surveillance de cerveau et les applique à l'étude des blessures neurologiques après hémorragie sous-arachnoïdienne ou lésion cérébrale traumatique. Son groupe est basé au centre de recherche de neurologie de Lyon.

Citations

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    Pittcon. (2019, June 18). Ultra-Petits biocapteurs de micro-électrode pour l'analyse de lésion cérébrale. News-Medical. Retrieved on June 04, 2020 from https://www.news-medical.net/news/20190614/Ultra-Small-Microelectrode-Biosensors-for-Brain-Injury-Analysis.aspx.

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