Thèse Microelectrode Arrays Organiques Multifonctionnelles en PedotPss pour Neuromodulation Adaptative Enregistrement Stimulation et Relargage Contrôlé de Neuromodulateurs. H/F - 59

Établissement : Université de Lille
École doctorale : ENGSYS Sciences de l'ingénierie et des systèmes
Laboratoire de recherche : Institut d'Electronique, de Microélectronique et de Nanotechnologie
Direction de la thèse : Yannick COFFINIER ORCID 0000000174332102
Début de la thèse : 2026-10-01
Date limite de candidature : 2026-07-31T23:59:59Les interfaces bioélectroniques constituent aujourd'hui un enjeu majeur pour comprendre, enregistrer et moduler l'activité des réseaux neuronaux, depuis les modèles cellulaires in vitro jusqu'aux applications neurotechnologiques implantables. À terme, ces technologies pourraient permettre le développement de dispositifs thérapeutiques intelligents pour le traitement de pathologies neurologiques et psychiatriques telles que l'épilepsie, la maladie de Parkinson ou la dépression résistante ou encore certaines formes de schizophrénie associées à des hallucinations. Elles pourraient également permettre la restauration de fonctions sensorielles perdues (vision, audition, toucher), le contrôle avancé de prothèses neurales, et plus largement l'émergence d'interfaces cerveau-machine capables de dialoguer de manière bidirectionnelle avec le système nerveux. Elles ouvrent également des perspectives pour la médecine personnalisée, la compréhension des circuits cérébraux complexes et le développement de nouvelles plateformes neuro-sur-puce pour le criblage pharmacologique et la modélisation des maladies neurologiques. A ce titre, les matrices de microélectrodes (MEA) métalliques conventionnelles permettent l'enregistrement électrophysiologique et la stimulation électrique mais restent limitées de par leur rigidité mécanique, leur faible compatibilité avec les tissus biologiques et l'absence de fonctions actives intégrées permettant une modulation chimique locale. Dans ce contexte, les polymères conducteurs organiques, et en particulier le PEDOT:PSS, représentent une rupture technologique majeure. Grâce à leur conduction mixte ionique et électronique, transparence, leur faible impédance, leur forte capacité d'injection de charge et leur module mécanique plus proche des tissus vivants, ces matériaux permettent d'améliorer significativement le couplage électrode-cellule tout en ouvrant la voie à des interfaces neuronales multifonctionnelles. Au-delà du simple rôle d'électrode, le PEDOT:PSS peut agir comme une plateforme active capable de stocker et relarguer des molécules bioactives sous stimulation électrique.
Cette thèse sera réalisée dans le cadre du CDP LOOP (Initiative d'excellence de l'Université de Lille) et du projet ANR GNEURO, qui vise à développer une nouvelle génération de matrices de microélectrodes organiques intégrant simultanément 4 fonctions clés : l'enregistrement électrophysiologique et optique (imagerie calcique), la stimulation électrique ou optique locale et le relargage électro-contrôlé de neuromodulateurs à la demande. L'objectif général est d'établir une plateforme de neuromodulation adaptative capable d'observer l'activité neuronale et d'agir dynamiquement sur celle-ci par des stimuli électriques et chimiques synchronisés. Il s'agira ainsi de démontrer la faisabilité d'interfaces neuronales fonctionnant en boucle fermée, capables d'intégrer simultanément des modalités multiples de lecture de l'activité (électrique et optique) et d'intervention (stimulation électrique/optique et de délivrance chimique) au sein d'un dispositif bioélectronique unique et intégré. Ce projet se situe à l'interface de la science des matériaux, de la micro-nanofabrication, de l'électrochimie organique et des neurosciences expérimentales. Il contribuera au développement d'interfaces neuronales intelligentes dépassant le paradigme actuel des électrodes passives pour ouvrir la voie à des technologies de neuromodulation adaptative, avec des applications potentielles en neurosciences fondamentales, en médecine bioélectronique et dans les plateformes organe-sur-puce pour le criblage pharmacologique et la médecine personnalisée.

La compréhension et la modulation de l'activité des réseaux neuronaux représentent un enjeu majeur en neurosciences et en neurotechnologies. Les matrices de microélectrodes (MEA) permettent aujourd'hui d'enregistrer et de stimuler l'activité électrique des neurones, mais les dispositifs conventionnels basés sur des électrodes métalliques restent limités par leur rigidité mécanique, leur compatibilité imparfaite avec les tissus biologiques et l'absence de fonctions actives de modulation chimique. Dans ce contexte, les polymères conducteurs organiques, et en particulier le PEDOT:PSS, offrent de nouvelles perspectives pour le développement d'interfaces neuronales avancées grâce à leur conduction mixte ionique-électronique, leur faible impédance et leur meilleure compatibilité avec les tissus biologiques. Ces matériaux permettent également l'incorporation et le relargage contrôlé de molécules bioactives sous stimulation électrique. Cette thèse s'inscrit dans le cadre des projets CDP LOOP et ANR GNEURO et vise à développer des microélectrodes organiques multifonctionnelles capables de combiner enregistrement, stimulation et délivrance contrôlée de neuromodulateurs afin de mieux comprendre et moduler l'activité des réseaux neuronaux.