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NeuroTech Center

Centre de Neurotechnologies
Le Neurotech Center de l’INT est un centre interdisciplinaire regroupant chercheurs et ingĆ©nieurs dĆ©veloppant des technologies innovantes pour explorer et manipuler les circuits cĆ©rĆ©braux.
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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 d’explorer, 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  l’exploration 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 l’exploration fonctionnelle du cerveau sain et malade, de l’échelle microscopique Ć  macroscopique.

Le NeuroTech Center fĆ©dĆØre ces initiatives technologiques sur le site d’Aix-Marseille pour crĆ©er un rĆ©seau interdisciplinaire d’envergure. Il collabore Ć©troitement avecĀ CoNeCT, centre interdisciplinaire dĆ©diĆ© aux neurosciences computationnelles, pour dĆ©chiffrer et modĆ©liser l’activitĆ© neuronale.

Le NeuroTech Center est une initiative soutenue par leĀ Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Aix-Marseille UniversitĆ© (AMU), et l’École des Mines de Saint-Ɖtienne (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 lā€˜architecture physiologique de rĆ©seaux neuronaux complexesĀ pour leur Ć©tudeĀ in vitro.Ā 

Le NeuroTech Center participe activement à ce développement technologique pour étudier la plasticité des réseaux neuronaux, dans un environnement sain ou malade, et leur réponse à des perturbations pharmacologiques, chimiques, électriques ou optiques. 

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 d’investiguer les mĆ©canismes molĆ©culaires impliquĆ©s.Ā 

Adaptabilité 

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 s’adapter Ć  l’intĆ©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  l’échelle 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 l’automatisation 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 l’activitĆ© cĆ©rĆ©brale

Les Ć©quipes du NeuroTech conƧoivent, utilisent et valident des dispositifsĀ in vitroĀ etĀ in vivoĀ pour mesurer et manipuler l’activitĆ© neuronale.Ā 

RĆ©seaux d’électrodesĀ in vitro

Le NeuroTech utilise desĀ rĆ©seaux d’électrodes MEAĀ (MultiChannel System) et dĆ©veloppe des rĆ©seaux d’électrodes sur mesure, adaptĆ©s aux puces microfluidiques. Ces dispositifs permettent d’étudier la rĆ©ponse de rĆ©seaux neuronaux complexes Ć  un changement d’activitĆ© neuronaleĀ in vitroĀ et d’investiguer les mĆ©canismes molĆ©culaires associĆ©s (INT SONIC,Ā IES M²N).Ā 

Ɖlectrodes flexiblesĀ in vivo

Les Ć©quipes du NeuroTech dĆ©veloppent desĀ Ć©lectrodes flexibles et transparentesĀ qui s’adaptent Ć  la viscositĆ© du cerveau et sont compatibles avec l’imagerie in vivo chez l’animal Ć©veillĆ©. Ces dispositifs flexibles sont basĆ©s sur la microfabrication deĀ polymĆØres biocompatibles(ParylĆØne C, PEDOT…) et permettent d’étudier 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 équipes caractérisent les électrodes et conçoivent les systèmes électroniques de contrÓle associés (IM2NP ACSE). 

Partenaires


3. Neurophotonique : Neuroimagerie et photomanipulation

Le NeuroTech Center travaille Ć  la mise Ć  place et Ć  l’amĆ©lioration de techniques d’imagerie pour rĆ©pondre aux enjeux de rĆ©solution spatiale, temporelle, et en profondeur liĆ©s Ć  l’imagerieĀ in vivo. Le NeuroTech vise Ć  combiner ces nouvelles possibilitĆ©s d’imagerie avec l’utilisation d’outils molĆ©culaires fluorescents innovants (INT NeuroBio Tools).

Imagerie ā€œlabel-freeā€Ā in vitroĀ 

Le NeuroTech s’intĆ©resse Ć  l’imagerie 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 l’imagerie biphotoniqueĀ ultra-rapideĀ pour Ć©tudier l’activitĆ© neuronale sous-cellulaireĀ in vivoĀ chez l’animal Ć©veillĆ©, en rĆ©ponse Ć  des stimulations optiques ouĀ Ć©lectriques. Elles s’appuient sur des indicateurs de voltage gĆ©nĆ©tiquement encodĆ©s (GEVIs) qui permettent de mesurer Ć  la fois l’activitĆ© en spike et l’activitĆ© sous le seuil d’excitation avec une rĆ©solution sous-cellulaire (INT Plateforme INPHIM,Ā Ecole des Mines BEL).Ā 

Imagerie photoacoustiqueĀ in vivoĀ profonde

L’imagerie optiqueĀ in vivoĀ est limitĆ©e aux couches superficielles.Ā Le NeuroTech dĆ©veloppe l’imagerie photoacoustique pour visualiser l’activitĆ© 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 d’acquisition rapide pour amĆ©liorer la rĆ©solution temporelle nĆ©cessaire Ć  l’imagerie d’activitĆ© neuronale (Institut Fresnel Mosaic,Ā INT Plateforme INPHIM, École des Mines BEL).

Optique incurvĆ©e pour l’imagerieĀ in vivo

L’imagerieĀ in vivoĀ se focalise gĆ©nĆ©ralement sur des rĆ©gions microscopiques ou sur l’imagerie cĆ©rĆ©brale du cerveau entier, Ć  l’échelle macroscopique. Les Ć©quipes de Neurotech visent Ć  combler cet Ć©cart en s’intĆ©ressant Ć  l’activitĆ© neuronale Ć  l’échelle 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 d’optiques incurvĆ©es, initialement conƧues pour l’instrumentation astronomique, afin d’adapter l’imagerie Ć  la courbure du cerveau et d’amĆ©liorer la rĆ©solution spatiale. L’objectif est de corrĆ©ler la connectivitĆ© cĆ©rĆ©brale Ć  longue distance avec le comportement de l’animal Ć©veillĆ© (INT NEOPTO,Ā LAM,Ā ONERA).Ā 

PartenairesĀ 


Les missions du NeuroTech Center

Structurer et piloter la recherche collaborative sur les neurotechnologies

Le NeuroTech Center regroupe plusieurs Ć©quipes et plateformes de l’INTĀ ainsi que des partenaires Ć Ā l’Ecole des Mines, Ć  l’Institut Fresnel, Ć  l’INP, Ć  l’INMED, l’IM2NP, auĀ Laboratoire d’Astrophysique 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 d’industrie.

Donner une visibilité et valoriser le développement technologique 

Le NeuroTech Center organise des séminaires mensuels dédiés aux développements technologiques pour les neurosciences. 

Le NeuroTech Center est associĆ© Ć  l’institut Carnot StarĀ pour valoriser le transfert technologique vers des applications industrielles.

Les technologies

  • Implants bioĆ©lectroniques flexibles
  • SystĆØmes cerveau-sur-puce
  • Stimulations Ć©lectro-optiques
  • Outils molĆ©culaires fluorescentsĀ 
  • Microscopie 2 photonĀ in vivo
  • Microscopie non linĆ©aire et courbe
  • Imagerie quantitative de phase
  • Impression 3D biocompatibleĀ 

CoordinationĀ