Junior Investigator - 3 year fellowship - Design a Closed-loop Implantable Multi-system Sensing Device for Neurological Disease Management

Le programme Science Impulse, proposĂ© par CEA Tech, la Direction de la Recherche Technologique du CEA, vous offre une formidable opportunitĂ© de concrĂ©tiser vos idĂ©es et de diriger votre propre projet de recherche au bĂ©nĂ©fice de l’industrie et de la sociĂ©tĂ©.

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🎓 Qualification : PhD • 🤝 Employment type : 3 year contract • 📍 Location : Grenoble, France

Le CEA-Leti recrute un.e jeune scientifique de haut niveau, qui sera chargé.e d’apporter un nouvel éclairage à ses travaux sur les capteurs multi-systèmes implantables en boucle fermée pour la gestion de maladies neurologiques. Le ou la lauréat.e de cette bourse Science Impulse de 3 ans dirigera son propre projet de recherche et travaillera avec les équipes du CEA et d’autres organismes à Grenoble.

Contexte

Les maladies neurologiques chroniques, comme Alzheimer, Parkinson, Charcot ou encore l’épilepsie, touchent des dizaines de millions de personnes dans le monde. Si les traitements de soutien aident toujours plus de patients, l’absence de traitements modificateurs de la maladie persiste. Certaines thérapies – notamment pour Parkinson ou l’épilepsie pharmaco-résistante – manquent tout simplement d’efficacité. Cela tient surtout aux connaissances limitées sur ces maladies et leur physiopathologie, ainsi qu’au développement insuffisant de solutions et technologies intégrées pour les diagnostiquer, les traiter et en suivre l’évolution. Susceptibles de nettement améliorer la gestion de ces maladies, les solutions mises au point récemment combinent des capteurs avancés, qui mesurent les biomarqueurs, et des algorithmes et logiciels, qui facilitent la prise de décision médicale et le suivi de la maladie en boucle fermée. Des biocapteurs implantables, par exemple, peuvent générer un flux continu de données jusqu’à un seul analyte cible, ce qui aide à suivre les niveaux à analyser dans le temps sans aucune intervention, ni du patient ni du praticien.

Portée et applications

Le traitement de Parkinson, maladie neuro-dégénérative qui implique de multiples circuits neuronaux moteurs et non-moteurs dans les noyaux gris centraux1, pourrait profiter de ce type de solution implantable. Actuellement, les patients sont traités par des dérivés de la L-dopa et, dans les cas avancés, par stimulation cérébrale profonde (SCP)2. La SCP repose sur un programme prédéterminé (en boucle ouverte) de stimulation électrique des structures profondes du cerveau, pratiquée au moyen d’électrodes implantées, connectées à un générateur d’impulsions implantable. Cette solution est très efficace pour traiter les symptômes, mais n’est pas curative. Un traitement plus récent semble également prometteur : la photobiomodulation, aux effets neuroprotecteurs, dont il a été prouvé lors d’essais précliniques qu’elle ralentit la progression de la maladie de Parkinson.

Des biocapteurs implantables renforceraient l’efficacité de la SCP et de la photobiomodulation en fournissant des indicateurs quantitatifs sur la progression de la maladie. On s’en servirait pour adapter la stimulation aux besoins du patient. Des biocapteurs multiples pourraient être intégrés pour mesurer les analytes locaux spécifiques et ainsi suivre et ajuster le traitement en continu. Il serait même possible d’en calculer les résultats. Ces nouvelles technologies pourraient être intégrées à de nouveaux dispositifs implantables, capables d’influer sur l’évolution de la maladie. Le dispositif de photobiomodulation en cours d’essai clinique (NCT042615694) à Grenoble l’illustre bien.

L’épilepsie pharmaco-résistante, ou épilepsie réfractaire, est une autre maladie neurodégénérative dont le traitement profiterait de l’implantation de biocapteurs. La SCP apparaît comme une sérieuse option thérapeutique en cas d’intervention chirurgicale contrindiquée ou inefficace6. Comme pour Parkinson, les crises épileptiques sont ponctuelles. Aussi des biocapteurs implantables mesurant des marqueurs donnés près du foyer épileptogène pourraient faire des traitements à la demande une réalité. Cela améliorerait beaucoup la gestion de la maladie, sans les effets secondaires des traitements continus en boucle ouverte. Une autre application majeure consisterait à intégrer un biocapteur pour pratiquer une stéréoélectroencéphalographie (SEEG) à des fins de diagnostic et aider à localiser avec précision le foyer épileptogène avant toute intervention chirurgicale.

Job description

Le CEA-Leti recherche un ou une jeune scientifique expérimenté.e ayant une expertise en neurosciences et dans les technologies de neuromodulation pour mener un projet de trois ans à la division Clinatec de l’institut. Les candidates et candidats intéressés devront soumettre une proposition de recherche visant à explorer une nouvelle génération de capteurs implantables en boucle fermée. L’objectif premier consistera à passer d’un traitement continu sans feedback à une stimulation photonique ou électrique haute performance à la demande, contrôlée à l’aide des mesures locales des biomarqueurs. La préférence ira aux projets ayant clairement l’ambition de développer des biocapteurs à intégrer à des implants autonomes pour des applications neurologiques. Le projet devra progresser vers une solution clinique. Les candidat.es devront proposer des idées novatrices et démontrer leur aptitude à collaborer avec les équipes pluridisciplinaires du CEA-Leti.

Le ou la candidat.e sélectionné.e devra mener ses recherches en toute autonomie, mais aura accès au ressources du CEA-Leti en matière de capteurs dans le proche infrarouge, de suivi biophysique (glucose, oxygénation des tissus régionaux), et d’autres technologies. Le CEA-Leti lui apportera son appui pour exploiter ses installations et ses développements en microélectronique et optoélectronique.

Il ou elle sera également associé.e à un ou une ingénieur.e, et recevra le soutien des experts en neurosciences, recherche préclinique et clinique du CEA-Leti.

Avant de pouvoir choisir les technologies adaptées à un implant en boucle fermée, le ou la candidat.e devra analyser en détail, tant pour la maladie de Parkinson que pour l’épilepsie réfractaire, les biomarqueurs mesurables et pertinents, les régions cérébrales auxquelles accéder, l’implantabilité, et d’autres aspects cliniques. Pour ces deux maladies, par exemple, cette analyse inclura des évaluations in vivo de changement trace des appels neurotransmetteurs afin de développer des capteurs implantables ultra-sensibles miniaturisés, notamment pour le glutamate, moins invasifs que la microdialyse cérébrale.

Ces travaux constitueront la base de spécifications pour le développement de l’implant à l’aide des technologies disponibles au CEA-Leti voire d’autres technologies

Biblio references

  • Lang AE, Lozano AM. Parkinson’s disease. First of two parts. N Engl J Med. 1998;339(15):1044-1053. doi:10.1056/NEJM199810083391506
  • Benabid A, Chabardes S, Seigneuret E, et al. Complications of STN surgery for PD in 300 patients operated over 13 years. In: MOVEMENT DISORDERS. Vol 21. WILEY-LISS DIV JOHN WILEY & SONS INC, 111 RIVER ST, HOBOKEN, NJ 07030 USA; 2006:S606–S606.
  • Darlot F, Moro C, El Massri N, et al. Near-infrared light is neuroprotective in a monkey model of Parkinson’s disease. Ann Neurol. Published online October 11, 2015. doi:10.1002/ana.24542
  • https://clinicaltrials.gov/ct2/show/NCT04261569
  • Engel J. What can we do for people with drug-resistant epilepsy? The 2016 Wartenberg Lecture. Neurology. 2016;87(23):2483-2489. doi:10.1212/WNL.0000000000003407
  • Bouwens van der Vlis TAM, Schijns OEMG, Schaper FLWVJ, et al. Deep brain stimulation of the anterior nucleus of the thalamus for drug-resistant epilepsy. Neurosurg Rev. 2019;42(2):287-296. doi:10.1007/s10143-017-0941-x
  • Sacchettoni SA, Abud JP, Torres N, et al. Dynamic Cerebral Microdialysis during Pallidotomy and Thalamotomy in Parkinson’s Disease: A Preliminary Neurochemical Study. Open J Mod Neurosurg. 2020;10(2):284-296.E

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