INGÉNIERIE TISSULAIRE: La peau artificielle qui remonte la sensation de toucher au cerveau – Science

C’est la performance de ces bio-ingénieurs de Stanford : une peau artificielle, en plastique, capable de détecter la pression et de générer un signal électrique pour fournir cette entrée sensorielle directement au cerveau. La peau artificielle, parsemée de très nombreux capteurs miniaturisés va pouvoir apporter aux prothèses les capacités sensorielles de la peau humaine. Présentation de ce nouveau matériau dans la revue Science.

Zhenan Bao, professeur de génie chimique à l’Université Stanford travaille depuis 10 ans au développement d’un matériau qui mime la capacité de la peau à se déformer, s’étirer mais aussi à cicatriser, capable en plus d’envoyer des signaux tactiles de température et de douleur au cerveau. L’objectif est de pouvoir utiliser ce tissu électronique flexible, muni de capteurs, pour recouvrir une prothèse et reproduire certaines des fonctions sensorielles de la peau.

Avec cette nouvelle étape dans ces recherches, il établit le contact ou le mécanisme sensoriel qui nous permet de distinguer, par exemple, une différence de pression entre une poignée de main molle ou ferme. Sa peau artificielle s’avère en effet en mesure de détecter la pression et de transmettre la donnée à un composant du système nerveux.

Quel mécanisme ? Le matériau est conçu en 2 couches: la couche supérieure comprend mécanisme de détection et la couche inférieure reçoit les signaux électriques, les analyse et les traduit en stimuli biochimiques compatibles avec les cellules nerveuses. La sensibilité à la pression naturelle est optimisée grâce à l’incrémentation d’un motif gaufré qui comprime davantage les ressorts moléculaires de la matière plastique. Des milliards de nanotubes de carbone présents dans le plastique gaufré se compriment avec la pression et se rapprochent pour conduire le signal électrique. Plus la pression est élevée, plus les nanotubes se rapprochent et plus le signal électrique qui circule est important. A l’arrêt de la pression, les nanotubes s’éloignent à nouveau et les impulsions cessent complètement.

La reconnaissance du signal électronique par un neurone biologique : Ici, les chercheurs ont utilisé une technique d’optogénétique, qui combine la génétique et de l’optique pour rendre certaines cellules du cerveau sensibles à des fréquences spécifiques de la lumière. Les signaux électroniques de pression de la peau artificielle sont traduits en impulsions lumineuses, ce qui active les neurones. Ici, les chercheurs apportent la preuve de concept, que leur peau artificielle est bien capable de générer une sortie sensorielle compatible avec les cellules nerveuses.

Aller plus loin dans la reconnaissance des sensations : L’équipe travaille aujourd’hui sur différents capteurs capables de reconnaître différentes sensations au toucher comme celles de la soie, d’un verre d’eau froide ou d’une tasse de café chaud. Les chercheurs expliquent que la main humaine comprend 6 types de mécanismes biologiques de détection, ils n’en ont, avec ces travaux, reconstitué qu’un seul. La route reste donc encore longue avant le stade des applications pratiques, mais la voie est toute tracée, concluent les chercheurs.

Source : Science 16 October 2015 DOI: 10.1126/science.aaa9306 A skin-inspired organic digital mechanoreceptor(Visuel@Bao Lab)

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