Une pile à combustible au sucre pour alimenter les prothèses

Des scientifiques du MIT ont trouvé un moyen d’utiliser le glucose présent dans l’organisme humain comme source d’énergie pour les implants médicaux.

par Janet Fang

Une pile à combustible fonctionnant avec le même sucre qui alimente les cellules de notre corps pourrait être utilisée pour alimenter les prothèses neurales, aidant les patients paralysés à bouger leurs membres par la pensée, d’après MIT News.

Bon, en réalité, cette nouvelle source d’énergie n’est pas si nouvelle que cela. Dans les années 1970, des scientifiques avaient réussi à alimenter un stimulateur cardiaque avec une pile à combustible de glucose, mais cette technique avait été abandonnée au profit des batteries au lithium-ion qui fournissaient plus de puissance. De plus, ce système utilisait des enzymes et, avec le temps, cessait de fonctionner efficacement.

C’est pourquoi une équipe dirigée par Rahul Sarpeshkar, du MIT, a ajouté une nouveauté. Leur pile à combustible crée un faible courant électrique en dépouillant les électrons des molécules de glucose. Pour ce faire, elle utilise un catalyseur à base de platine, reproduisant l’activité des enzymes cellulaires qui décomposent le glucose pour générer l’ATP (adénosine triphosphate), c’est-à-dire des unités d’énergie (le platine est connu pour sa biocompatibilité à long terme dans le corps).

IEEE Spectrum nous en dit plus:

La manière dont nous métabolisons le glucose est relativement complexe, impliquant un cycle de réactions enzymatiques d’oxydation qui font tomber les électrons de la molécule un par un. À l’issue du processus, la molécule est ravagée, et les 24 électrons au complet ont été enlevés et récupérés. Les piles à combustible obéissent au même principe, mais ne retirent que deux électrons.

« Notre processus est comme une mini-oxydation », explique Rahul Sarpeshkar.

À l’heure actuelle, la pile à combustible peut générer jusqu’à plusieurs centaines de microwatts, soit suffisamment pour alimenter un implant neural cliniquement utile qui ne demande qu’une très faible puissance.

En théorie, la pile à combustible de glucose pourrait obtenir tout le sucre dont elle a besoin du liquide céphalo-rachidien dans lequel baigne le cerveau et qui protège le tissu neural contre les chocs. La grande quantité de glucose présente dans le liquide n’est pas vraiment utilisée par le corps, et comme il y a peu de cellules dans le liquide, il y a peu de risques qu’un implant à cet endroit provoque une réaction immunitaire.

La pile à combustible est logée sur une puce en silicium (comme celles utilisées pour fabriquer des processeurs électroniques) qui lui permet d’être intégrée aux autres circuits nécessaires pour un implant cérébral.

L’équipe de Rahul Sarpeshkar travaille sur tous les aspects des prothèses neurales et des interfaces cerveau-machine implantables. Un tel dispositif enregistre l’activité électrique de centaines de neurones dans la zone du cerveau chargée de contrôler le mouvement. Ces données sont converties en un signal numérique qui est analysé par les micropuces implantées dans le cerveau pour déterminer quels schémas d’activité cérébrale produisent le mouvement.

Ils commencent tout juste à travailler sur la commercialisation de leur dispositif électronique à très faible consommation, mais il faudra encore bien des années avant de voir des circuits bioélectroniques alimentés au glucose.

Cette technologie a été décrite début juin dans PLoS ONE.

[Via MIT News, IEEE Spectrum]

Image de Rapoport et al., PLoS ONE 2012

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