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NeuroTech Center
Les avancĆ©es majeures dans la recherche sur le cerveau rĆ©sultent souvent de la combinaison de technologies innovantes et de questions scientifiques bien dĆ©finies. Les progrĆØs rĆ©cents en optique, Ć©lectronique et informatique permettent dĆ©sormais dāexplorer, avec un niveau de dĆ©tail sans prĆ©cĆ©dent, comment les circuits cĆ©rĆ©braux contrĆ“lent les rĆ©ponses comportementales. La flexibilitĆ© et la portabilitĆ© de ces systĆØmes ouvrent la voie Ć lāexploration en temps rĆ©el des activitĆ©s neuronales chez des animaux en mouvement libre ou accomplissant des tĆ¢ches complexes dans des environnements naturels.Ā
De grandes initiatives nationales et internationales repoussent sans cesse ces frontiĆØres technologiques, en crĆ©ant de nouvellesĀ neurotechnologies. GrĆ¢ce Ć notre expertise locale dans le domaine de laĀ modĆ©lisationĀ in vitroĀ de cerveaux sur puces,Ā de laĀ bioĆ©lectronique, et de la neuroimagerieĀ in vivo, nos Ć©quipes dĆ©veloppent des technologies innovantes pour lāexploration fonctionnelle du cerveau sain et malade, de lāĆ©chelle microscopique Ć macroscopique.
Le NeuroTech Center fĆ©dĆØre ces initiatives technologiques sur le site dāAix-Marseille pour crĆ©er un rĆ©seau interdisciplinaire dāenvergure. Il collabore Ć©troitement avecĀ CoNeCT, centre interdisciplinaire dĆ©diĆ© aux neurosciences computationnelles, pour dĆ©chiffrer et modĆ©liser lāactivitĆ© neuronale.
Le NeuroTech Center est une initiative soutenue par leĀ Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix-Marseille UniversitĆ© (AMU), et lāĆcole des Mines de Saint-Ćtienne (EMSE).



1. Microfluidique : La modƩlisation organe-sur-puce
Les systĆØmes cerveau-sur-puce connaissent un essor exponentiel ces derniĆØres annĆ©es. La compartimentalisation cellulaire de neurones en culture dans des puces microfluidiques offre une occasion unique de reconstituer lāarchitecture physiologique de rĆ©seaux neuronaux complexesĀ pour leur Ć©tudeĀ in vitro.Ā
Le NeuroTech Center participe activement Ć ce dĆ©veloppement technologique pour Ć©tudierĀ la plasticitĆ© des rĆ©seaux neuronaux, dans un environnement sain ou malade, et leur rĆ©ponse Ć des perturbationsĀ pharmacologiques, chimiques, Ć©lectriques ou optiques.Ā
En isolant et en identifiant chaque composant du rĆ©seau avec uneĀ rĆ©solution subcellulaire, les dispositifs cerveau-sur-puce permettent de suivre localement les dynamiques intracellulaires au cours du temps, parĀ vidĆ©omicroscopie,et dāinvestiguer les mĆ©canismes molĆ©culaires impliquĆ©s.Ā
AdaptabilitĆ©Ā
Le NeuroTech permet de dĆ©velopper des dispositifs sur mesure pour reconstruire des rĆ©seaux neuronaux complexes et spĆ©cifiques aux pathologies. Ces dispositifs peuvent sāadapter Ć lāintĆ©gration de cellules gliales (INT SONIC,Ā IES M²N).
ModĆØles de maladie
Les puces microfluidiques permettent de crĆ©er des modĆØles de rĆ©seaux neuronaux sains et pathologiques en partant de cellules animales comme deĀ cellules humaines dĆ©rivĆ©es de patients (hiPSC). Le NeuroTech vise Ć dĆ©velopper ces nouveaux modĆØles humains sur puces pour Ć©tudier les rĆ©seaux pathologiques Ć lāĆ©chelle individuelle ainsi que leur rĆ©ponse aux traitements. Le dĆ©veloppement de ces outils a pour but de faciliter les phases prĆ©-cliniques et les tests pharmacologiques individualisĆ©s dans une optique de mĆ©decine personnalisĆ©e (INT SONIC,Ā INP Plateforme SCeNT).
Multiplexage
Le NeuroTech travaille sur le multiplexage des puces microfluidiques et lāautomatisation du contrĆ“le des flux pour permettre du criblage de molĆ©cules parallĆ©lisĆ© sur des modĆØles pathologiques sur puce (INT SONIC,Ā Fluigent).



Partenaires
2. Bioelectronique : Stimuler et mesurer lāactivitĆ© cĆ©rĆ©brale
Les Ć©quipes du NeuroTech conƧoivent, utilisent et valident des dispositifsĀ in vitroĀ etĀ in vivoĀ pour mesurer et manipuler lāactivitĆ© neuronale.Ā
RĆ©seaux dāĆ©lectrodesĀ in vitro
Le NeuroTech utilise desĀ rĆ©seaux dāĆ©lectrodes MEAĀ (MultiChannel System) et dĆ©veloppe des rĆ©seaux dāĆ©lectrodes sur mesure, adaptĆ©s aux puces microfluidiques. Ces dispositifs permettent dāĆ©tudier la rĆ©ponse de rĆ©seaux neuronaux complexes Ć un changement dāactivitĆ© neuronaleĀ in vitroĀ et dāinvestiguer les mĆ©canismes molĆ©culaires associĆ©s (INT SONIC,Ā IES M²N).Ā
Ćlectrodes flexiblesĀ in vivo
Les Ć©quipes du NeuroTech dĆ©veloppent desĀ Ć©lectrodes flexibles et transparentesĀ qui sāadaptent Ć la viscositĆ© du cerveau et sont compatibles avec lāimagerie in vivo chez lāanimal Ć©veillĆ©. Ces dispositifs flexibles sont basĆ©s sur la microfabrication deĀ polymĆØres biocompatibles(ParylĆØne C, PEDOTā¦) et permettent dāĆ©tudier la rĆ©ponse dynamique des rĆ©seaux neuronaux Ć des stimulations. Ils sont Ć©galement utilisĆ©s Ć des fins thĆ©rapeutiques, par exemple dans le traitement des cancers par Ć©lectrochimiothĆ©rapie (Ecole des Mines BEL).
Microelectronique
Les Ć©quipes caractĆ©risent les Ć©lectrodes et conƧoivent lesĀ systĆØmes Ć©lectroniquesĀ de contrĆ“le associĆ©s (IM2NP ACSE).Ā



Partenaires
3. Neurophotonique : Neuroimagerie et photomanipulation
Le NeuroTech Center travaille Ć la mise Ć place et Ć lāamĆ©lioration de techniques dāimagerie pour rĆ©pondre aux enjeux de rĆ©solution spatiale, temporelle, et en profondeur liĆ©s Ć lāimagerieĀ in vivo. Le NeuroTech vise Ć combiner ces nouvelles possibilitĆ©s dāimagerie avec lāutilisation dāoutils molĆ©culaires fluorescents innovants (INT NeuroBio Tools).
Imagerie ālabel-freeāĀ in vitroĀ
Le NeuroTech sāintĆ©resse Ć lāimagerie quantitative de phase pour imager les cellules neuronales sans marqueurs fluorescents. Cette technique permet de quantifier les dynamiques intracellulaires sur une longue durĆ©e avec une haute rĆ©solution spatiale et temporelle sans impacter les neurones (Institut Fresnel Mosaic,Ā INT SONIC).
Imagerie 2 PhotonĀ in vivoĀ ultra rapide
Les Ć©quipes du NeuroTech optimisent lāimagerie biphotoniqueĀ ultra-rapideĀ pour Ć©tudier lāactivitĆ© neuronale sous-cellulaireĀ in vivoĀ chez lāanimal Ć©veillĆ©, en rĆ©ponse Ć des stimulations optiques ouĀ Ć©lectriques. Elles sāappuient sur des indicateurs de voltage gĆ©nĆ©tiquement encodĆ©s (GEVIs) qui permettent de mesurer Ć la fois lāactivitĆ© en spike et lāactivitĆ© sous le seuil dāexcitation avec une rĆ©solution sous-cellulaire (INT Plateforme INPHIM,Ā Ecole des Mines BEL).Ā
Imagerie photoacoustiqueĀ in vivoĀ profonde
Lāimagerie optiqueĀ in vivoĀ est limitĆ©e aux couches superficielles.Ā Le NeuroTech dĆ©veloppe lāimagerie photoacoustique pour visualiser lāactivitĆ© neuronale profondeĀ in vivo.Ā Les Ć©quipes travaillent sur des mĆ©thodes de dĆ©tection optique des ondes acoustiques pour atteindre une rĆ©solution cellulaire en profondeur. En parallĆØle, elles dĆ©veloppent des mĆ©thodes dāacquisition rapide pour amĆ©liorer la rĆ©solution temporelle nĆ©cessaire Ć lāimagerie dāactivitĆ© neuronale (Institut Fresnel Mosaic,Ā INT Plateforme INPHIM,Ā Ćcole des Mines BEL).
Optique incurvĆ©e pour lāimagerieĀ in vivo
LāimagerieĀ in vivoĀ se focalise gĆ©nĆ©ralement sur des rĆ©gions microscopiques ou sur lāimagerie cĆ©rĆ©brale du cerveau entier, Ć lāĆ©chelle macroscopique. Les Ć©quipes de Neurotech visent Ć combler cet Ć©cart en sāintĆ©ressant Ć lāactivitĆ© neuronale Ć lāĆ©chelle mĆ©soscopique en imageant un colorant sensible au voltage sur des regions millimĆ©triques du cortex de primates non-humains Ć©veillĆ©s. Les Ć©quipes travaillent sur le dĆ©veloppement dāoptiques incurvĆ©es, initialement conƧues pour lāinstrumentation astronomique, afin dāadapter lāimagerie Ć la courbure du cerveau et dāamĆ©liorer la rĆ©solution spatiale. Lāobjectif est de corrĆ©ler la connectivitĆ© cĆ©rĆ©brale Ć longue distance avec le comportement de lāanimal Ć©veillĆ© (INT NEOPTO,Ā LAM,Ā ONERA).Ā


PartenairesĀ
- INT (SONIC,Ā NEOPTO)
- Ćcole des Mines (BEL)
- Institut Fresnel (Mosaic)
- Laboratoire dāAstrophysique de Marseille (LAM)
- INT plateformes (INPHIM,Ā SPRIME,Ā NeuroBio Tools)
- Centre de primatologie de la MƩditerranƩe (MPRC)
Les missions du NeuroTech Center
Structurer et piloter la recherche collaborative sur les neurotechnologies
Le NeuroTech Center regroupe plusieurs Ć©quipes et plateformes de lāINTĀ ainsi que des partenaires Ć Ā lāEcole des Mines, Ć lāInstitut Fresnel, Ć lāINP, Ć lāINMED, lāIM2NP, auĀ Laboratoire dāAstrophysique de MarseilleĀ (LAM) et auĀ Centre franƧais de recherche aĆ©rospatialeĀ (ONERA).Ā
Former les Ʃtudiants et personnels
Le NeuroTech Center et CoNeCT proposent depuis 2023 une UE Neurotechnologies & Neurocomputationnel au sein du master de bioingĆ©nierie de Centrale MĆ©diterranĆ©e dans le but de former des Ć©tudiants aux applications de recherche et dāindustrie.
Donner une visibilitĆ© et valoriser le dĆ©veloppement technologiqueĀ
Le NeuroTech Center organise des sĆ©minaires mensuels dĆ©diĆ©s aux dĆ©veloppements technologiques pour les neurosciences.Ā
Le NeuroTech Center est associĆ© Ć lāinstitut Carnot StarĀ pour valoriser le transfert technologique vers des applications industrielles.
Les technologies
- Implants bioƩlectroniques flexibles
- SystĆØmes cerveau-sur-puce
- Stimulations Ʃlectro-optiques
- Outils molĆ©culaires fluorescentsĀ
- Microscopie 2 photonĀ in vivo
- Microscopie non linƩaire et courbe
- Imagerie quantitative de phase
- Impression 3D biocompatibleĀ
CoordinationĀ
- Maxim Cazorla, Direction et Coordination Microfluidique
- Rod OāConnor & David Moreau, Direction et Coordination BioĆ©lectronique Translationnelle
- Alberto Lombardini, Coordination Neurophotonique