Οι επαναστατικές διεπαφές γραφενίου στοχεύουν να μεταμορφώσουν τη νευροεπιστήμη

Ηγέτης Γραφένιο Η νευροτεχνολογία που αναπτύχθηκε από το ICN2 και τους συνεργάτες του υπόσχεται μεταμορφωτικές προόδους στη νευροεπιστήμη και τις ιατρικές εφαρμογές, επιδεικνύοντας νευρικές διεπαφές υψηλής ακρίβειας και στοχευμένη νευροδιαμόρφωση.

Μελέτη που δημοσιεύτηκε στο Νανοτεχνολογία της φύσης Παρουσιάζει μια καινοτόμο νευροτεχνολογία βασισμένη στο γραφένιο με τη δυνατότητα να έχει μετασχηματιστικό αντίκτυπο στη νευροεπιστήμη και τις ιατρικές εφαρμογές. Αυτή η έρευνα, με επικεφαλής το Καταλανικό Ινστιτούτο Νανοεπιστήμης και Νανοτεχνολογίας (ICN2) σε συνεργασία με το Αυτόνομο Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης (UAB) και άλλους εθνικούς και διεθνείς εταίρους, αναπτύσσεται επί του παρόντος για θεραπευτικές εφαρμογές μέσω της spin-off εταιρείας INBRAIN Neuroelectronics.

Βασικά χαρακτηριστικά της τεχνολογίας γραφενίου

Μετά από χρόνια έρευνας στο πλαίσιο του European Graphene Pioneer Project, το ICN2 σε συνεργασία με το Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ οδήγησε την ανάπτυξη του EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), μιας νέας κατηγορίας εύκαμπτων, υψηλής ανάλυσης, εμφυτευσίμων με βάση το γραφένιο νευρωνική τεχνολογία. . Τα αποτελέσματα δημοσιεύτηκαν πρόσφατα στο Νευροτεχνολογία της φύσης Στόχος του είναι να συνεισφέρει καινοτόμες τεχνολογίες στο ακμάζον τοπίο της νευροηλεκτρονικής και των διεπαφών εγκεφάλου-υπολογιστή.

Το EGNITE βασίζεται στην εκτενή εμπειρία των εφευρετών του στην κατασκευή και ιατρική μετάφραση νανοϋλικών άνθρακα. Αυτή η καινοτόμος τεχνολογία που βασίζεται σε νανοπόρους γραφενίου ενσωματώνει τυπικές διαδικασίες παραγωγής στη βιομηχανία ημιαγωγών για τη συναρμολόγηση μικροηλεκτροδίων γραφενίου με διάμετρο μόλις 25 μικρομέτρων. Τα μικροηλεκτρόδια γραφενίου παρουσιάζουν χαμηλή αντίσταση και υψηλή έγχυση φορτίου, τα οποία είναι απαραίτητα χαρακτηριστικά για ευέλικτες και αποτελεσματικές νευρικές διεπαφές.

Προκλινική επικύρωση λειτουργίας

Προκλινικές μελέτες που διεξήχθησαν από πολλούς ειδικούς της νευροεπιστήμης και της βιοϊατρικής σε συνεργασία με το ICN2, χρησιμοποιώντας διαφορετικά μοντέλα τόσο του κεντρικού όσο και του περιφερικού νευρικού συστήματος, έχουν δείξει την ικανότητα του EGNITE να καταγράφει νευρικά σήματα υψηλής ανάλυσης με εξαιρετική σαφήνεια και ακρίβεια και, το πιο σημαντικό, παρέχει υψηλός βαθμός στόχευσης.. Τροποποίηση νεύρων. Ο μοναδικός συνδυασμός καταγραφής σήματος υψηλής ανάλυσης και ακριβούς νευρικής διέγερσης που παρέχεται από το EGNITE αντιπροσωπεύει μια δυνητικά κρίσιμη πρόοδο στη νευροηλεκτρονική θεραπεία.

Αυτή η καινοτόμος προσέγγιση αντιμετωπίζει ένα κρίσιμο κενό στη νευροτεχνολογία, το οποίο δεν έχει σημειώσει σημαντική πρόοδο στα υλικά τις τελευταίες δύο δεκαετίες. Η ανάπτυξη ηλεκτροδίων EGNITE έχει τη δυνατότητα να τοποθετήσει το γραφένιο στην πρώτη γραμμή των νευροτεχνολογικών υλικών.

Διεθνής συνεργασία και επιστημονική ηγεσία

Η τεχνολογία που παρουσιάζεται σήμερα βασίζεται στην κληρονομιά του Graphene Flagship, μιας ευρωπαϊκής πρωτοβουλίας που την τελευταία δεκαετία επιδίωξε να ενισχύσει την ευρωπαϊκή στρατηγική ηγετική θέση σε τεχνολογίες που βασίζονται στο γραφένιο και άλλα υλικά 2D. Πίσω από αυτή την επιστημονική ανακάλυψη βρίσκεται μια συλλογική προσπάθεια με επικεφαλής τους ερευνητές του ICN2, Damia Viana (τώρα στην INBRAIN Neuroelectronics) και Steven T. Walston (τώρα στο Πανεπιστήμιο της Νότιας Καλιφόρνια) και Eduard Masvidal Codina, υπό την επίβλεψη του José A της ICREA. Γκαρίντο. Ηγέτης ICN2 Προηγμένα ηλεκτρονικά υλικά και συσκευές Group, και ICREA Κώστας Κωσταρέλλος, επικεφαλής του ICN2 Εργαστήριο Νανοϊατρικής και τη Σχολή Βιολογίας, Ιατρικής και Υγείας στο Πανεπιστήμιο του Μάντσεστερ (Ηνωμένο Βασίλειο). Οι Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana και Jaume del Valle, από το Ινστιτούτο Νευροεπιστημών και το Τμήμα Κυτταρικής Βιολογίας, Φυσιολογίας και Ανοσολογίας στο Αυτόνομο Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης (UAB), συμμετείχαν στην έρευνα.

Η συνεργασία περιλαμβάνει τη συμβολή κορυφαίων εθνικών και διεθνών ιδρυμάτων, όπως το Ινστιτούτο Μικροηλεκτρονικής της Βαρκελώνης – IMB-CNM (CSIC), το Εθνικό Ινστιτούτο Γραφενίου του Μάντσεστερ (Ηνωμένο Βασίλειο) και το Ινστιτούτο Νευροεπιστημών της Γκρενόμπλ – Université Grenoble Alpes (Γαλλία) . ) και το Πανεπιστήμιο της Βαρκελώνης. Η ενσωμάτωση της τεχνολογίας σε τυπικές διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών πραγματοποιήθηκε στο Specialized Micro- and Nano-fabrication Cleanroom (CSIC) του IMB-CNM, υπό την επίβλεψη του ερευνητή CIBER, Dr. Xavi Illa.

Κλινική μετάφραση: επόμενα βήματα

Η τεχνολογία EGNITE περιγράφεται στο Νανοτεχνολογία της φύσης Το άρθρο κατοχυρώθηκε με δίπλωμα ευρεσιτεχνίας και αδειοδοτήθηκε στην INBRAIN Neuroelectronics, μια θυγατρική των ICN2 και ICREA με έδρα τη Βαρκελώνη, με την υποστήριξη της IMB-CNM (CSIC). Η εταιρεία, η οποία είναι επίσης εταίρος στο έργο Graphene Flagship, ηγείται της μετάφρασης της τεχνολογίας σε κλινικές εφαρμογές και προϊόντα. Υπό τις οδηγίες της CEO Carolina Aguilar, η INBRAIN Neuroelectronics ετοιμάζεται να πραγματοποιήσει κλινικές δοκιμές πρώτης σε άνθρωπο αυτής της καινοτόμου τεχνολογίας γραφενίου.

Το βιομηχανικό τοπίο και το τοπίο καινοτομίας στη μηχανική ημιαγωγών στην Καταλονία, όπου φιλόδοξες εθνικές στρατηγικές σχεδιάζουν την κατασκευή υπερσύγχρονων εγκαταστάσεων για την παραγωγή τεχνολογιών ημιαγωγών βασισμένων σε αναδυόμενα υλικά, παρέχει μια άνευ προηγουμένου ευκαιρία να επιταχυνθεί η μετάφραση αυτών των αποτελεσμάτων που παρουσιάζονται σήμερα στα κλινικά αποτελέσματα. Εφαρμογές.

Τελικές παρατηρήσεις

ο Νανοτεχνολογία της φύσης Το άρθρο περιγράφει μια καινοτόμο νευροτεχνολογία βασισμένη στο γραφένιο που μπορεί να κλιμακωθεί χρησιμοποιώντας καθιερωμένες διαδικασίες κατασκευής ημιαγωγών, διατηρώντας τη δυνατότητα για μετασχηματιστικό αντίκτυπο. Το ICN2 και οι συνεργάτες του συνεχίζουν να αναπτύσσουν και να ωριμάζουν την περιγραφόμενη τεχνολογία με στόχο να τη μεταφράσουν σε αποτελεσματική και καινοτόμο θεραπευτική νευροτεχνολογία.

Αναφορά: «Μικροηλεκτρόδια λεπτής μεμβράνης με βάση νανοκλίμακα γραφενίου για νευρωνική καταγραφή και διέγερση υψηλής ανάλυσης in vivo» από τους Damia Viana και 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 , 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 και José A. Garrido, 11 Ιανουαρίου 2024, Νανοτεχνολογία της φύσης.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5