Preuve de concept d’un nouvel implant sous-rétinien

Avant d’arriver en clinique, les implants rétiniens en cours de développement doivent passer par de nombreuses phases de validation, notamment la preuve de concept. Ce premier stade qui évalue l’efficacité de la technologie pour son application envisagée est indispensable dans le processus de conception et d’évolution vers des applications translationnelles. Récemment, Antoine Chaffiol et Corentin Joffrois, respectivement ingénieur de recherche et ingénieur d’études à l’Institut de la Vision, ont validé le concept expérimental d’un nouvel implant sous-rétinien photovoltaïque pensé et fabriqué à Istanbul par l’équipe de Sedat Nizamoglu de l’université Koç. Les deux ingénieurs ont montré, en plaçant le dispositif sous une rétine ex-vivo, qu’il était possible de stimuler efficacement des cellules rétiniennes ganglionnaires (cellules reliées au nerf optique) en employant des intensités lumineuses compatibles avec une utilisation chez des patients.

Restaurer la vision grâce aux implants : une stratégie reconnue

Dans une rétine, le traitement de l’information lumineuse commence au niveau des cellules photosensibles, appelées photorécepteurs. L’information visuelle y est traduite en signaux électrochimiques qui sont ensuite transmis aux cellules ganglionnaires, via plusieurs couches de cellules, puis au cerveau par le nerf optique. La dégénérescence des cellules photosensibles de la rétine est une des principales causes de perte de vision dans le monde. Mais dans les cas où seule la première couche cellulaire est impactée, la recherche a montré qu’il était possible de restaurer une certaine circulation de l’information lumineuse en stimulant les cellules restantes avec un implant. Placés sous la rétine, ces dispositifs de restauration visuelle sont conçus pour remplacer les photorécepteurs non fonctionnels en convertissant un stimulus lumineux en stimulus électrique, comme l’implant photovoltaïque PRIMA , ou en stimulus mécanique, comme l’implant photoacoustique.

Dans cette étude, l’équipe de l’université Koç s’intéresse à un nouveau type d’implant photovoltaïque. Il est composé d’une partie active (la partie brune sur la photo), qui consiste en une couche de matériau nanocristallin photoabsorbant interpénétré de nanofils semi-conducteurs, le tout faisant moins de 500 nm d’épaisseur. Cette couche génère un courant électrique sous un éclairage infrarouge : la lumière apporte l’énergie nécessaire pour arracher des électrons qui vont migrer dans l’implant. Ce déplacement de charge engendre une différence de potentiel et donc l’apparition d’une tension électrique. Les nanofils facilitant la migration des charges, leur longueur a été le facteur d’optimisation du rendement de conversion lumière - courant électrique.

Après la confection, la question de la fonctionnalité de l’implant se pose : est-il possible de stimuler des cellules rétiniennes avec ? C’est sur cette étape cruciale qu’est rentrée en jeu le savoir-faire en électrophysiologie des deux chercheurs. 

La preuve de concept par électrophysiologie 

Pour tester la bonne fonctionnalité de l’implant, les deux chercheurs de l’Institut de la Vision ont vérifié ex-vivo l’activation des cellules ganglionnaire d’une rétine de rongeur aveugle en mesurant leur activité électrique, c’est ce qu’on appelle l’électrophysiologie. Pour cela, ils ont déposé la rétine sur un dispositif de MEA pour Multielectrode array soit « Réseau d’électrode multiples » en français. 

« C’est comme un microscopique tapis de fakir avec plein de petits pics, sauf que ce n’est pas un fakir dessus mais une rétine. », illustre Antoine Chaffiol, « Chaque petit site d’enregistrement - il y en a 256 - est en contact avec la partie de la rétine qui génère des potentiels d'action, ici ce sont les cellules ganglionnaires. » 

L’implant est positionné à la place des photorécepteurs défectueux, sur la partie de la rétine qui n’est pas en contact avec le dispositif de MEA. Il est ensuite illuminé avec une impulsion laser infrarouge, pendant quelques millisecondes seulement.

« L'information [du stimulus] est transmise à travers tous les couches de neurones de la rétine jusqu’aux cellules ganglionnaires qu'on enregistre sur le MEA. » explique le chercheur. « On a ainsi réussi à enregistrer des activations rapides, nettes et répétables des cellules ganglionnaires avec des flashs infrarouges qui sont très courts et pour des intensités compatibles avec les normes de sécurité cliniques. Les réponses étaient spatialement bien définies et pas artéfactuelles, comme on a pu le montrer avec des manipes à l’aide de contrôles. » 

Fort de ces premiers résultats, obtenus grâce aux connaissances expérimentales de l’Institut de la Vision, l’équipe de recherche de Sedat Nizamoglu souhaite continuer à développer le prototype pour le rendre plus flexible afin d’épouser la forme incurvée de la rétine in vivo. 

L’Institut de la Vision au cœur du développement des implants 

Ce panneau solaire miniature est prometteur mais avant l’application clinique, d’autres étapes de validation expérimentales sont nécessaires in-vivo.

« Avec une version implantable sous la rétine, on pourra bientôt faire des enregistrements corticaux in vivo directement dans le cortex visuel pour voir si l'information y est transmise et pouvoir la caractériser. » se projète Antoine Chaffiole « Mais il y a d’abord un défi technique à relever pour que l’implant soit à la fois flexible, poreux, biocompatible et bien entendu toujours fonctionnel. Le premier prototype flexible va arriver très prochainement. »

Cette collaboration internationale, dans le cadre de l’ERC MESHOPTO obtenu par le professeur Sedat Nizamoglu associé à Serge Picaud, met en valeur le savoir-faire des chercheurs de l’Institut de la Vision en analyse fonctionnelle de stratégies de restauration visuelle, ainsi que leur implication dans le développement des implants rétiniens de demain. 

À gauche : image infrarouge de la rétine de rongeur positionnée sur le MEA (matrice de mini électrodes), délimité par le carré en pointillés noirs, avec l’implant placé au-dessus (en gris) ;

À droite : réponses des neurones rétiniens (détectées dans le cadre blanc sur l’image de gauche) stimulés par l’implant photovoltaïque après une excitation lumineuse infrarouge de 10 ms (millisecondes ou millième de seconde). Les réponses brèves, appelées « spikes », d’une durée de moins de 10 ms sont mesurées par les électrodes environ 16 ms après la stimulation lumineuse.