Implantable nanocomposite microelectrodes for neural recording and stimulation coupled with neurotransmitter electrochemical detection

L'électrophysiologie est le domaine de la physiologie qui vise à enregistrer l'activité électrique des tissues biologiques. En utilisant des microélectrodes implantées dans le cerveau, l'électrophysiologie a permis de réaliser des avancées décisives dans la compréhension des mécanismes neurologiques majeurs, comme la mémoire, le langage et l'apprentissage, grâce à l'enregistrement de l'activité électrique du cerveau. Ces avancées promettaient d'aider au développement de traitements et de dispositifs thérapeutiques pour les principales maladies neurologiques comme Parkinson, Alzheimer ou l'épilepsie. Cependant, la nécessité d'obtenir des sources de signaux complémentaires aux enregistrements électrophysiologiques a récemment émergé, la recherche thérapeutique basée exclusivement sur l'utilisation de ces signaux électriques conduisant le plus souvent à des impasses. Ces signaux électriques étant portés par des molécules appelées neurotransmetteurs, leur détection en temps réel devrait être une source pertinente de signaux complémentaires à combiner aux signaux électrophysiologiques. Durant cette thèse, de nouvelles microélectrodes nano-composites à base de PEDOT et de nanofibres de carbone oxydées ont été développées pour réaliser cette combinaison. Ces électrodes présentent d'excellentes caractéristiques in-vitro pour l'électrophysiologie bidirectionnelle, avec une faible impédance et une forte capacité d'injection de charge. Ces électrodes permettent également de détecter électrochimiquement la dopamine (un neurotransmetteur clé) grâce à deux techniques complémentaires, la chronoampérométrie et la voltammétrie cyclique rapide. De plus, ces électrodes modifiées gardent un profil spatial adéquat pour s'interfacer avec une cellule unique, ce qui ajouté à leurs autres caractéristiques en font des dispositifs adéquats pour l'interfaçage neuronal multifonctionnel, ajoutant la détection de neurotransmetteurs à l'enregistrement électrique. Intégrées sur des implants flexibles, ces électrodes ont été testées in-vivo dans des tranches de cerveau de souris comme électrodes d'enregistrement et de stimulation électrique, réalisant de l'électrophysiologie bidirectionnelle. Leurs hautes performances ont permis d'enregistrer l'activité électrique du cerveau sur une plage de fréquences plus importante et avec un meilleur rapport Signal sur Bruit que celui obtenu avec des microélectrodes standard. En conclusion, les performances des microélectrodes modifiées développées durant cette thèse sont très prometteuses pour l'interfaçage neuronal multifonctionnel au niveau de la cellule unique. Elles permettent en effet le couplage d'enregistrements électrophysiologiques et de stimulation électrique in-vivo, tout en permettant la détection électrochimique de neurotransmetteurs in-vitro. Ces propriétés en font des dispositifs de pointe pour la recherche et pour des applications thérapeutiques en neuroscience faisant appel à la fois à l'enregistrement des activités électrique et neurochimique.Electrophysiology is the physiology field that aims at recording the electrical activity of biological tissues. Using microelectrodes in or on the brain, electrophysiology helped make crucial advancements in the understanding of major neurological mechanisms like memory, language, learning by recording the brain electrical signals. Through these advances, it promised and helped develop treatments and therapeutic devices to cure the major neurological diseases like Parkinson's, Alzheimer's or epilepsy. However, recently the need for other sources of information to combine with electrophysiological recordings has raised, as the research and therapeutic approaches over-relying on these recordings did mostly lead to dead-ends. As the brain electrical activity is molecularly supported by a class of molecules called neurotransmitters, their detection in real-time is proposed as a high-potential complementary brain study technique to integrate along with electrophysiological recordings during neural interfacing. During this PhD, we developed a new generation of nanocomposite microelectrodes made of both PEDOT and oxidized carbon nanofibers to meet this combined integration. These electrodes displayed a key characteristics combination in-vitro, with low impedance, high charge injection limit, making them promising candidates for bidirectional electrophysiology, while being capable to detect dopamine (one key neurotransmitter) using two complementary techniques, chronoamperometry and fast-scan cyclic voltammetry. Moreover, these electrodes keep a sufficiently low spatial profile to interface with single cells, making them promising candidates for multifunctional neural interfacing, adding neurochemical detection to electrical recordings. Integrated on flexible implants, these electrodes were first tested in-vivo in brain slices as recording and stimulating electrodes (realizing bidirectional electrophysiology). They showed high performances, being capable to record brain electrical signals on a wider frequency range than standard microelectrodes, with a higher Signal to Noise Ratio (SNR). They also allowed to electrically stimulate brain slices tissues, generating measurable outputs with low inputs compared to standard electrodes. In conclusion, the modified electrodes developed in this thesis showed promising properties for multifunctional neural interfacing at a single cell level, enabling the coupling between electrophysiological recording and electrical stimulation of tissues in-vivo, while also being capable of neurotransmitter electrodetection in-vitro. Through these properties, they constitute meaningful candidates for long-term simultaneous recording of the brain electrical and neurochemical activities for research and therapeutic applications

Microélectrodes nanocomposites implantables couplant enregistrement/stimulation neurale et détection électrochimique de neurotransmetteurs

National audienceElectrophysiology is the physiology field that aims at recording the electrical activity of biological tissues. Using microelectrodes in the brain, electrophysiology helped make crucial advancements in the understanding of major neurological mechanisms like memory, language, learning by recording the brain electrical signals. Through these advances, it promised and helped develop treatments and therapeutic devices to cure the major neurological diseases like Parkinson’s, Alzheimer’s or epilepsy. However, recently the need for other sources of information to combine with electrophysiological recordings has raised, as the research and therapeutic approaches over-relying on these recordings did mostly lead to dead-ends. As the brain electrical activity is molecularly supported by a class of molecules called neurotransmitters, their detection in real-time is proposed as a high-potential complementary brain study technique to integrate along with electrophysiological recordings during neural interfacing.During this PhD, we developed a new generation of nanocomposite microelectrodes made of both PEDOT and oxidized carbon nanofibers to meet this combined integration. These electrodes displayed a key characteristic combination in-vitro, with low impedance, high charge injection limit, making them promising candidates for bidirectional electrophysiology, while being capable to detect dopamine (one key neurotransmitter) using two complementary techniques, chronoamperometry and fast-scan cyclic voltammetry. Moreover, these electrodes keep a sufficiently low spatial profile to interface with single cells, making them promising candidates for multifunctional neural interfacing, adding neurochemical detection to electrical recordings. Integrated on flexible implants, these electrodes were first tested in-vivo in brain slices as recording and stimulating electrodes (realizing bidirectional electrophysiology). They showed high performances, being capable to record brain electrical signals on a wider frequency range than standard microelectrodes, with a higher Signal to Noise Ratio (SNR). They also allowed to electrically stimulate brain slices tissues, generating measurable outputs with low inputs compared to standard electrodes.In conclusion, the modified electrodes developed in this thesis showed promising properties for multifunctional neural interfacing at a single cell level, enabling the coupling between electrophysiological recording and electrical stimulation of tissues in-vivo, while also being capable of neurotransmitter electrodetection in-vitro. Through these properties, they constitute meaningful candidates for long-term simultaneous recording of the brain electrical and neurochemical activities for research and therapeutic applications.L’électrophysiologie est le domaine de la physiologie qui vise à enregistrer l’activité électrique des tissues biologiques. En utilisant des microélectrodes implantées dans le cerveau, l’électrophysiologie a permis de réaliser des avancées décisives dans la compréhension des mécanismes neurologiques majeurs, comme la mémoire, le langage et l’apprentissage, grâce à l’enregistrement de l’activité électrique du cerveau. Ces avancées ont permis d’aider au développement de traitements et de dispositifs thérapeutiques pour les principales maladies neurologiques comme Parkinson, Alzheimer ou l’épilepsie. Cependant, la nécessité d’obtenir des sources de signaux complémentaires aux enregistrements électrophysiologiques a récemment émergé, la recherche thérapeutique basée exclusivement sur l’utilisation de ces signaux électriques conduisant le plus souvent à des impasses. Ces signaux électriques étant por! tés par des molécules appelées neurotransmetteurs, leur détection en temps réel devrait être une source pertinente de signaux complémentaires à combiner aux signaux électrophysiologiques. Durant cette thèse, de nouvelles microélectrodes nano-composites à base de PEDOT et de nanofibres de carbone oxydées ont été développées pour réaliser cette combinaison. Ces électrodes présentent d’excellentes caractéristiques in-vitro pour l’électrophysiologie bidirectionnelle, avec une faible impédance et une forte capacité d’injection de charge. Ces électrodes permettent également de détecter électrochimiquement la dopamine (un neurotransmetteur clé) grâce à deux techniques complémentaires, la chronoampérométrie et la voltammétrie cyclique rapide. De plus, ces électrodes modifiées gardent un profil spatial idéal pour s’interfacer avec une cellule unique, ce qui ajouté à leurs autres caractéristiques en font des dispositifs adéquats pour l’interfaçage neuronal multifonctionnel, ajoutant la détection de neurotransmetteurs à l’enregistrement électrique.Intégrées sur des implants flexibles, ces électrodes ont été testées in-vivo dans des tranches de cerveau de souris comme électrodes d’enregistrement et de stimulation électrique, réalisant de l’électrophysiologie bidirectionnelle. Leurs hautes performances ont permis d’enregistrer l’activité électrique du cerveau sur une plage de fréquences plus importante et avec un meilleur rapport Signal sur Bruit que celui obtenu avec des microélectrodes standard.En conclusion, les performances des microélectrodes modifiées développées durant cette thèse sont très prometteuses pour l’interfaçage neuronal multifonctionnel au niveau de la cellule unique. Elles permettent en effet le couplage d’enregistrements électrophysiologiques et de stimulation électrique in-vivo, tout en permettant la détection électrochimique de neurotransmetteurs in-vitro. Ces propriétés en font des dispositifs de pointe pour la recherche et pour des applications thérapeutiques en neuroscience faisant appel à la fois à l’enregistrement des activités électrique et neurochimique

Carbon Nanofiber/PEDOT Based Macro-Porous Composite for High Performance Multifunctional Neural Microelectrode

International audienceBrain study methods mainly rely on neurochemical detection and electrophysiology, respectively studying the molecular dynamics and electrical activity in the brain cellular environment. The combined and simultaneous use of both study modes holds great promises for patients and researchers, in line with the treatment research but rely on multifunctional platforms (materials, devices, techniques...) still to be developed. Here, we present a new macro-porous composite material made up of PEDOT and carbon nanofibers (CNFs), coated on a flexible neural microelectrode array. A fully controlled one-shot electrodeposition strategy was developed to coat flexible Au-microelectrode surfaces with macro-porous CNF/PEDOT nanocomposite. The oxidized CNFs were used as a dopant and infused within the conductive PEDOT, electrochemically, in such a way that their excellent electronic, mechanical, chemical properties, and resulting combined performances can be exploited to yield better quality neural recordings, electrical stimulation and neurotransmitter detection

Nanofibrous PEDOT-Carbon Composite on Flexible Probes for Soft Neural Interfacing

International audienceWord count: 199 In this study, we report a flexible implantable 4-channel microelectrode probe coated with highly porous and robust nanocomposite of poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and carbon nanofiber (CNF) as a solid doping template for high-performance in vivo neuronal recording and stimulation. A simple yet well-controlled deposition strategy was developed via in situ electrochemical polymerization technique to create a porous network of PEDOT and CNFs on a flexible 4-channel gold microelectrode probe. Different morphological and electrochemical characterizations showed that they exhibit remarkable and superior electrochemical properties, yielding microelectrodes combining high surface area, low impedance (16.8 ± 2 MΩ.µm2 at 1 kHz) and elevated charge injection capabilities (7.6 ± 1.3 mC/cm²) that exceed those of pure and composite PEDOT layers. In addition, the PEDOT-CNF composite electrode exhibited extended biphasic charge cycle endurance, resulting in a negligible physical delamination or degradation for long periods of electrical stimulation. In vitro testing on mouse brain slices showed that they can record spontaneous oscillatory field potentials as well as single-unit action potentials and allow to safely deliver electrical stimulation for evoking field potentials. The combined superior electrical properties, durability and 3D microstructure topology of the PEDOT-CNF composite electrodes demonstrate outstanding potential for developing future neural surface interfacing applications

Carbon Nanofiber/PEDOT Based Macro-porous Composite For High Performance Multifunctional Neural Microelectrode

International audienc

Les écrivains-journalistes

On connaît la phrase célèbre d’Oscar Wilde : « le journalisme est illisible et […] la littérature n’est pas lue ». Cette citation illustre la concurrence, qui s’installe au XIXe siècle, entre deux pratiques de l’écrit imprimé. Or, la séparation entre littérature et journalisme est essentiellement affaire de discours et de représentations, mais elle ne résiste guère aux faits : dès lors qu’on prend en compte l’ensemble de la production littéraire d’une époque, on s’aperçoit que les frontières entre les sphères littéraire et médiatique s’estompent et cèdent la place à un continuum de pratiques difficilement séparables. C’est cet espace continu que la présente livraison de Textyles se propose d’explorer. Ce numéro, consacré aux écrivains-journalistes, vise à montrer que la vie littéraire est un ensemble complexe dans lequel interviennent des textes de tous types. Certains ont été considérés comme littéraires, d’autres ont été oubliés parce que relevant de la seule actualité. Les saisir de façon conjointe tend à renouveler le corpus et donc à déplacer des frontières : tel le rôle de ceux qui croient que la littérature est une matière vivante et non le reliquaire des beautés défuntes

Helicobacter hepaticus Hh0072 gene encodes a novel α1-3-fucosyltransferase belonging to CAZy GT11 family

Lewis x (Lex) and sialyl Lewis x (SLex)-containing glycans play important roles in numerous physiological and pathological processes. The key enzyme for the final step formation of these Lewis antigens is α1-3-fucosyltransferase. Here we report molecular cloning and functional expression of a novel Helicobacter hepaticus α1-3-fucosyltransferase (HhFT1) which shows activity towards both non-sialylated and sialylated Type II oligosaccharide acceptor substrates. It is a promising catalyst for enzymatic and chemoenzymatic synthesis of Lex, sialyl Lex and their derivatives. Unlike all other α1-3/4-fucosyltransferases characterized so far which belong to Carbohydrate Active Enzyme (CAZy, http://www.cazy.org/) glycosyltransferase family GT10, the HhFT1 shares protein sequence homology with α1-2-fucosyltransferases and belongs to CAZy glycosyltransferase family GT11. The HhFT1 is thus the first α1-3-fucosyltransferase identified in the GT11 family

The association between macrovascular complications and intensive care admission, invasive mechanical ventilation, and mortality in people with diabetes hospitalized for coronavirus disease-2019 (COVID-19)

International audienceAbstract Background It is not clear whether pre-existing macrovascular complications (ischemic heart disease, stroke or peripheral artery disease) are associated with health outcomes in people with diabetes mellitus hospitalized for COVID-19. Methods We conducted cohort studies of adults with pre-existing diabetes hospitalized for COVID-19 infection in the UK, France, and Spain during the early phase of the pandemic (between March 2020—October 2020). Logistic regression models adjusted for demographic factors and other comorbidities were used to determine associations between previous macrovascular disease and relevant clinical outcomes: mortality, intensive care unit (ICU) admission and use of invasive mechanical ventilation (IMV) during the hospitalization. Output from individual logistic regression models for each cohort was combined in a meta-analysis. Results Complete data were available for 4,106 (60.4%) individuals. Of these, 1,652 (40.2%) had any prior macrovascular disease of whom 28.5% of patients died. Mortality was higher for people with compared to those without previous macrovascular disease (37.7% vs 22.4%). The combined crude odds ratio (OR) for previous macrovascular disease and mortality for all four cohorts was 2.12 (95% CI 1.83–2.45 with an I 2 of 60%, reduced after adjustments for age, sex, type of diabetes, hypertension, microvascular disease, ethnicity, and BMI to adjusted OR 1.53 [95% CI 1.29–1.81]) for the three cohorts. Further analysis revealed that ischemic heart disease and cerebrovascular disease were the main contributors of adverse outcomes. However, proportions of people admitted to ICU (adjOR 0.48 [95% CI 0.31–0.75], I 2 60%) and the use of IMV during hospitalization (adjOR 0.52 [95% CI 0.40–0.68], I 2 37%) were significantly lower for people with previous macrovascular disease. Conclusions This large multinational study of people with diabetes mellitus hospitalized for COVID-19 demonstrates that previous macrovascular disease is associated with higher mortality and lower proportions admitted to ICU and treated with IMV during hospitalization suggesting selective admission criteria. Our findings highlight the importance correctly assess the prognosis and intensive monitoring in this high-risk group of patients and emphasize the need to design specific public health programs aimed to prevent SARS-CoV-2 infection in this subgroup