Imiter la rétine humaine, le défi relevé par une biopuce innovante

Une équipe internationale allemande a développé une biopuce (biochip) intelligent qui imite la rétine de l’œil. Ce type de bio-électronique, et d’autres similaires, pourraient aider à corriger les dysfonctionnements dans le corps et le cerveau.

La fusion de l’homme et de la machine est l’incarnation d’un récit de science-fiction. Dans la réalité, les premiers pas vers de tels cyborgs ont déjà été faits : les gens ont des stimulateurs cardiaques pour traiter les arythmies ou des implants cochléaires pour améliorer l’audition, les implants rétiniens aident les personnes presque aveugles à voir au moins un peu.

Une nouvelle biopuce pour les implants rétiniens

Une nouvelle biopuce pourrait aider les implants rétiniens à fusionner encore mieux avec le corps humain à l’avenir. Il est basé sur des polymères conducteurs et des molécules sensibles à la lumière qui peuvent être utilisés pour imiter la rétine, dont les voies visuelles.

Il a été développé par le groupe de recherche de Francesca Santoro à l’Institut de bioélectronique de Jülich (IBI-3) en collaboration avec l’Université RWTH Aachen, l’Institut italien de technologie à Gênes et l’Université de Naples.

Une biopuce polyvalente

Ce qui est exceptionnel dans ce nouveau semi-conducteur, c’est qu’il est entièrement composé de composants organiques non toxiques, qu’il est flexible et qu’il fonctionne avec des ions, c’est-à-dire avec des atomes ou des molécules chargés. Il peut donc être intégré dans les systèmes biologiques beaucoup mieux que les composants semi-conducteurs conventionnels en silicium, qui sont rigides et ne fonctionnent qu’avec des électrons.

Comprendre les neurones

En plus de la rétine artificielle, l’équipe de Francesca Santoro développe d’autres approches pour les biopuces qui peuvent interagir de manière similaire avec le corps humain, en particulier les cellules du système nerveux. « D’une part, nous essayons de reproduire la structure tridimensionnelle des cellules nerveuses et, d’autre part, nous essayons également de reproduire leurs fonctions, par exemple, le traitement et le stockage de l’information. »

En synthèse

Les biopuces conçues par ces chercheurs pourraient un jour être utilisés pour intervenir activement dans les voies de communication des cellules afin de déclencher certains effets.

Par exemple, Francesca Santoro envisage de corriger les erreurs dans le traitement et la transmission de l’information qui se produisent dans les maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson ou la maladie d’Alzheimer, ou de soutenir les organes qui ne fonctionnent plus correctement.

De plus, ces composants pourraient également servir d’interface entre les membres ou les articulations artificiels. La technologie informatique pourrait également en bénéficier. En raison de leurs propriétés, les biopuces sont prédestinées à servir de matériel pour les réseaux neuronaux artificiels.

Principaux enseignements

Pour une meilleure compréhension

Qu’est-ce qu’une biopuce ?

Une biopuce est un dispositif qui intègre une ou plusieurs fonctions biologiques à des fins de diagnostic ou de traitement. Dans ce contexte, la biopuce développée par l’équipe de Francesca Santoro imite la rétine de l’œil.

Qu’est-ce qui rend cette biopuce unique ?

Cette biopuce est exceptionnelle car elle est entièrement composée de composants organiques non toxiques, elle est flexible et fonctionne avec des ions, ce qui lui permet de s’intégrer beaucoup mieux dans les systèmes biologiques que les composants semi-conducteurs conventionnels en silicium.

Quelles sont les applications potentielles de cette biopuce ?

Les biopuces développées pourraient un jour être utilisés pour intervenir activement dans les voies de communication des cellules afin de déclencher certains effets. Elles pourraient aider à corriger les erreurs dans le traitement et la transmission de l’information qui se produisent dans les maladies neurodégénératives comme la maladie de Parkinson ou la maladie d’Alzheimer, ou soutenir les organes qui ne fonctionnent plus correctement.

Quel est le lien entre cette biopuce et l’intelligence artificielle ?

En raison de leurs propriétés, les biopuces sont prédestinées à servir de matériel pour les réseaux neuronaux artificiels. Elles pourraient permettre une technologie informatique qui imite la façon dont le cerveau fonctionne à tous les niveaux.

Quelle est la prochaine étape pour l’équipe de recherche ?

Dans les futures expériences, l’équipe de recherche souhaite coupler les composants avec des cellules biologiques et connecter de nombreux éléments individuels ensemble. Ils développent également d’autres approches pour les biopuces qui peuvent interagir de manière similaire avec le corps humain, en particulier les cellules du système nerveux.

Federica Corrado et al, Azobenzene-based opto-electronic transistors for neurohybrid building blocks, Nat. Commun. (2023) DOI: 10.1038/s41467-023-41083-2

Crédits images : Francesca Santoro / Centre de recherche de Jülich / Ralf-Uwe Limbach