Rewolucyjne interfejsy grafenowe mają na celu przekształcenie neuronauki

Lider Grafen Neurotechnologia opracowana przez ICN2 i jej współpracowników zapewnia przełomowy postęp w neuronauce i zastosowaniach medycznych, demonstrując wysoce precyzyjne interfejsy neuronowe i ukierunkowaną neuromodulację.

Badanie opublikowane w Nanotechnologia natury Przedstawia innowacyjną neurotechnologię opartą na grafenie, która może mieć transformacyjny wpływ w neuronauce i zastosowaniach medycznych. Badania te, prowadzone pod kierunkiem Katalońskiego Instytutu Nanonauki i Nanotechnologii (ICN2) we współpracy z Uniwersytetem Autonomicznym w Barcelonie (UAB) i innymi partnerami krajowymi i międzynarodowymi, są obecnie opracowywane do zastosowań terapeutycznych za pośrednictwem spółki spin-off INBRAIN Neuroelectronics.

Kluczowe cechy technologii grafenowej

Po latach badań w ramach Europejskiego Projektu Pionierskiego Grafenu, ICN2 we współpracy z Uniwersytetem w Manchesterze doprowadziła do opracowania EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), nowej klasy elastycznych, wszczepialnych, o wysokiej rozdzielczości, opartych na grafenie technologia neuronowa. . Wyniki opublikowano niedawno w Neurotechnologia natury Ma na celu wniesienie innowacyjnych technologii do kwitnącego krajobrazu neuroelektroniki i interfejsów mózg-komputer.

EGNITE opiera się na rozległym doświadczeniu swoich wynalazców w produkcji i medycznym tłumaczeniu nanomateriałów węglowych. Ta innowacyjna technologia oparta na nanoporach grafenu integruje standardowe procesy produkcyjne w branży półprzewodników w celu montażu mikroelektrod grafenowych o średnicy zaledwie 25 mikrometrów. Mikroelektrody grafenowe charakteryzują się niską rezystancją i wstrzykiwaniem wysokiego ładunku, co jest niezbędnymi cechami elastycznych i wydajnych interfejsów neuronowych.

Przedkliniczna walidacja funkcji

Badania przedkliniczne przeprowadzone przez wielu ekspertów w dziedzinie neurologii i biomedycyny współpracujących z ICN2, przy użyciu różnych modeli zarówno centralnego, jak i obwodowego układu nerwowego, wykazały zdolność EGNITE do rejestrowania sygnałów neuronowych o wysokiej rozdzielczości z wyjątkową przejrzystością i precyzją, a co najważniejsze, zapewniają wysoki stopień celowania. . Modyfikacja nerwów. Unikalne połączenie rejestracji sygnału o wysokiej rozdzielczości i precyzyjnej stymulacji neuronów zapewnianej przez technologię EGNITE stanowi potencjalnie krytyczny postęp w terapii neuroelektronicznej.

To innowacyjne podejście eliminuje krytyczną lukę w neurotechnologii, w której przez ostatnie dwie dekady nie odnotowano znaczącego postępu w zakresie materiałów. Rozwój elektrod EGNITE może sprawić, że grafen stanie się liderem wśród materiałów neurotechnologicznych.

Współpraca międzynarodowa i przywództwo naukowe

Zaprezentowana dzisiaj technologia opiera się na dziedzictwie Graphene Flagship – europejskiej inicjatywy, która w ciągu ostatniej dekady miała na celu wzmocnienie europejskiego wiodącej pozycji strategicznej w technologiach opartych na grafenie i innych materiałach 2D. Za tym przełomem naukowym kryje się wspólny wysiłek badaczy z ICN2 Damii Viany (obecnie w INBRAIN Neuroelectronics) i Stevena T. Walston (obecnie na Uniwersytecie Południowej Kalifornii) i Eduard Masvidal Codina, pod kierunkiem José A. Garrido. Lider ICN2 Zaawansowane materiały i urządzenia elektroniczne Group oraz ICREA Costas Costarellos, lider ICN2 Laboratorium nanomedycyny oraz Wydział Biologii, Medycyny i Zdrowia na Uniwersytecie w Manchesterze (Wielka Brytania). W badaniach wzięli udział Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana i Jaume del Valle z Instytutu Neuronauk oraz Wydziału Biologii Komórki, Fizjologii i Immunologii Uniwersytetu Autonomicznego w Barcelonie (UAB).

Współpraca obejmuje wkład wiodących instytucji krajowych i międzynarodowych, takich jak Instytut Mikroelektroniki w Barcelonie – IMB-CNM (CSIC), Narodowy Instytut Grafenu w Manchesterze (Wielka Brytania) oraz Instytut Neuronauki w Grenoble – Université Grenoble Alpes (Francja). ) i Uniwersytet w Barcelonie. Integrację technologii ze standardowymi procesami produkcji półprzewodników przeprowadzono w wyspecjalizowanym pomieszczeniu czystym do mikro- i nanofabrykacji (CSIC) w IMB-CNM, pod nadzorem badacza CIBER, dr Xaviego Illi.

Tłumaczenie kliniczne: kolejne kroki

Technologia EGNITE opisana w Nanotechnologia natury Artykuł został opatentowany i licencjonowany przez firmę INBRAIN Neuroelectronics, spółkę zależną ICN2 i ICREA z siedzibą w Barcelonie, przy wsparciu IMB-CNM (CSIC). Firma, będąca także partnerem w projekcie Graphene Flagship, przewodzi przełożeniu technologii na zastosowania i produkty kliniczne. Pod kierownictwem dyrektor generalnej Carolina Aguilar firma INBRAIN Neuroelectronics przygotowuje się do przeprowadzenia pierwszych badań klinicznych na ludziach tej innowacyjnej technologii grafenowej.

Krajobraz przemysłowy i innowacyjny w inżynierii półprzewodników w Katalonii, gdzie ambitne strategie krajowe planują budowę najnowocześniejszych obiektów do produkcji technologii półprzewodnikowych w oparciu o nowe materiały, zapewnia bezprecedensową szansę na przyspieszenie przełożenia przedstawionych dzisiaj wyników na wyniki kliniczne. Aplikacje.

Uwagi końcowe

the Nanotechnologia natury W artykule opisano innowacyjną neurotechnologię opartą na grafenie, którą można skalować przy użyciu ustalonych procesów produkcji półprzewodników, co może mieć potencjał transformacyjny. ICN2 i jej partnerzy nadal rozwijają i udoskonalają opisaną technologię, mając na celu przełożenie jej na skuteczną i innowacyjną neurotechnologię terapeutyczną.

Odniesienie: „Mikroelektrody cienkowarstwowe na bazie grafenu do rejestrowania neuronów i stymulacji in vivo w wysokiej rozdzielczości” autorstwa Damii Viany i Stephena 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 i José A. Garrido, 11 stycznia 2024 r., Nanotechnologia natury.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5