Interfețele revoluționare ale grafenului urmăresc să transforme neuroștiința

Lider Grafen Neurotehnologia dezvoltată de ICN2 și colaboratorii săi promite progrese transformatoare în neuroștiință și aplicații medicale, demonstrând interfețe neuronale de înaltă precizie și neuromodulație țintită.

Studiu publicat în Nanotehnologia naturii Prezintă o neurotehnologie inovatoare bazată pe grafen, cu potențialul de a avea un impact transformator în neuroștiință și aplicații medicale. Această cercetare, condusă de Institutul Catalan de Nanoștiință și Nanotehnologie (ICN2) în colaborare cu Universitatea Autonomă din Barcelona (UAB) și alți parteneri naționali și internaționali, este în prezent în curs de dezvoltare pentru aplicații terapeutice prin compania spin-off INBRAIN Neuroelectronics.

Caracteristicile cheie ale tehnologiei grafenului

După ani de cercetare în cadrul Proiectului European Graphene Pioneer, ICN2, în colaborare cu Universitatea din Manchester, a condus dezvoltarea EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), o nouă clasă de implantabile flexibile, de înaltă rezoluție, pe bază de grafen. tehnologie neuronală. . Rezultatele au fost publicate recent în Neurotehnologia naturii Acesta își propune să contribuie cu tehnologii inovatoare la peisajul înfloritor al neuroelectronicii și al interfețelor creier-calculator.

EGNITE se bazează pe experiența vastă a inventatorilor săi în producția și traducerea medicală a nanomaterialelor de carbon. Această tehnologie inovatoare bazată pe nanopori de grafen integrează procesele standard de fabricație din industria semiconductoarelor pentru a asambla microelectrozi de grafen cu un diametru de doar 25 de micrometri. Microelectrozii de grafen prezintă rezistență scăzută și injecție de sarcină mare, care sunt caracteristici esențiale pentru interfețele neuronale flexibile și eficiente.

Validarea funcției preclinice

Studiile preclinice efectuate de mai mulți experți în neuroștiință și biomedicali în parteneriat cu ICN2, folosind diferite modele ale sistemului nervos central și periferic, au demonstrat capacitatea EGNITE de a înregistra semnale neuronale de înaltă rezoluție cu claritate și precizie excepționale și, cel mai important, oferă o grad ridicat de direcționare… Modificarea nervilor. Combinația unică de înregistrare a semnalului de înaltă rezoluție și stimulare neuronală precisă oferită de tehnologia EGNITE reprezintă un avans potențial critic în terapia neuroelectronică.

Această abordare inovatoare abordează o lacună critică în neurotehnologie, care nu a înregistrat progrese semnificative în materie de materiale în ultimele două decenii. Dezvoltarea electrozilor EGNITE are potențialul de a plasa grafenul în fruntea materialelor neurotehnologice.

Cooperare internațională și conducere științifică

Tehnologia prezentată astăzi se bazează pe moștenirea Graphene Flagship, o inițiativă europeană care în ultimul deceniu a căutat să consolideze liderul strategic european în tehnologiile bazate pe grafen și alte materiale 2D. În spatele acestei descoperiri științifice se află un efort de colaborare condus de cercetătorii ICN2 Damia Viana (acum la INBRAIN Neuroelectronics) și Steven T. Walston (acum la Universitatea din California de Sud) și Eduard Masvidal Codina, sub supravegherea José A. de la ICREA. Garrido. lider ICN2 Materiale și dispozitive electronice avansate Group, și ICREA Costas Costarellos, liderul ICN2 Laborator de nanomedicina și Școala de Biologie, Medicină și Sănătate de la Universitatea din Manchester (Regatul Unit). Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana și Jaume del Valle, de la Institutul de Neuroștiințe și Departamentul de Biologie Celulară, Fiziologie și Imunologie de la Universitatea Autonomă din Barcelona (UAB), au participat la cercetare.

Colaborarea include contribuții de la principalele instituții naționale și internaționale, cum ar fi Institutul de Microelectronică din Barcelona – IMB-CNM (CSIC), Institutul Național de Grafen din Manchester (Marea Britanie) și Institutul de Neuroscience Grenoble – Université Grenoble Alpes (Franța). ) și Universitatea din Barcelona. Integrarea tehnologiei în procesele standard de fabricație a semiconductoarelor a fost realizată în Camera curată specializată de micro și nanofabricare (CSIC) a IMB-CNM, sub supravegherea cercetătorului CIBER Dr. Xavi Illa.

Traducerea clinică: pașii următori

Tehnologia EGNITE descrisă în Nanotehnologia naturii Articolul a fost brevetat și licențiat către INBRAIN Neuroelectronics, o subsidiară din Barcelona a ICN2 și ICREA, cu sprijinul IMB-CNM (CSIC). Compania, care este și parteneră în proiectul emblematic Graphene, conduce traducerea tehnologiei în aplicații și produse clinice. Sub conducerea CEO-ului Carolina Aguilar, INBRAIN Neuroelectronics se pregătește să efectueze primele teste clinice umane ale acestei tehnologii inovatoare cu grafen.

Peisajul industrial și al inovației în ingineria semiconductoarelor din Catalonia, unde strategiile naționale ambițioase intenționează să construiască instalații de ultimă generație pentru producerea de tehnologii semiconductoare bazate pe materiale emergente, oferă o oportunitate fără precedent de a accelera traducerea acestor rezultate prezentate astăzi. în rezultatele clinice. Aplicații.

Concluzii finale

cel Nanotehnologia naturii Articolul descrie o neurotehnologie inovatoare bazată pe grafen, care poate fi extinsă folosind procese de fabricație a semiconductoarelor consacrate, deținând potențialul de a avea un impact transformator. ICN2 și partenerii săi continuă să dezvolte și să maturizeze tehnologia descrisă cu scopul de a o traduce în neurotehnologie terapeutică eficientă și inovatoare.

Referință: „Microelectrozi cu peliculă subțire pe scară nanometrică de grafen pentru înregistrarea neuronală de înaltă rezoluție și stimularea in vivo” de Damia Viana și Stephen T. Walston, Edward Masvidal Codina, Xavi Illa, Bruno Rodriguez Miana, Jaume del Valle, Andrew Hayward, Abby Dodd, Tomas Loret, Elisabet Prats Alfonso, Natalia de la Oliva, Marie Palma, Elena del Coro, María del Pilar Pernicola, Elisa Rodriguez Lucas , Thomas Jenner, Jose Manuel De la Cruz, Miguel Torres Miranda, Fikret Taigun. Dauphin, Nicola Rea, Justin Sperling, Sara Marti Sanchez, Maria Chiara Spadaro, Clement Hébert, Sinead Savage, Jordi Arbiol, Anton Guimera-Brunet, M. Victoria Puig, Blaise Everett, Xavier Navarro, Costas Costarelos și José A. Garrido, 11 ianuarie 2024, Nanotehnologia naturii.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5