Revolutionaire grafeeninterfaces zijn bedoeld om de neurowetenschappen te transformeren

Leider Grafeen De neurotechnologie ontwikkeld door ICN2 en zijn medewerkers belooft transformatieve vooruitgang in de neurowetenschappen en medische toepassingen, waarbij zeer nauwkeurige neurale interfaces en gerichte neuromodulatie worden gedemonstreerd.

Studie gepubliceerd in Natuur nanotechnologie Presenteert een innovatieve op grafeen gebaseerde neurotechnologie met het potentieel om een ​​transformerende impact te hebben in de neurowetenschappen en medische toepassingen. Dit onderzoek, geleid door het Catalaanse Instituut voor Nanowetenschappen en Nanotechnologie (ICN2) in samenwerking met de Autonome Universiteit van Barcelona (UAB) en andere nationale en internationale partners, wordt momenteel ontwikkeld voor therapeutische toepassingen via het spin-off bedrijf INBRAIN Neuroelectronics.

Belangrijkste kenmerken van grafeentechnologie

Na jaren van onderzoek in het kader van het European Graphene Pioneer Project heeft ICN2 in samenwerking met de Universiteit van Manchester leiding gegeven aan de ontwikkeling van EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), een nieuwe klasse flexibele, hoge resolutie, op grafeen gebaseerde implanteerbare neurale technologie. . De resultaten zijn onlangs gepubliceerd in Natuur neurotechnologie Het heeft tot doel innovatieve technologieën bij te dragen aan het bloeiende landschap van neuro-elektronica en hersen-computerinterfaces.

EGNITE vertrouwt op de uitgebreide ervaring van zijn uitvinders in de productie en medische vertaling van koolstofnanomaterialen. Deze innovatieve op grafeen nanoporiën gebaseerde technologie integreert standaardproductieprocessen in de halfgeleiderindustrie om grafeenmicro-elektroden met een diameter van slechts 25 micrometer te assembleren. Grafeen-micro-elektroden vertonen een lage weerstand en een hoge ladingsinjectie, wat essentiële kenmerken zijn voor flexibele en efficiënte neurale interfaces.

Preklinische functievalidatie

Preklinische onderzoeken uitgevoerd door meerdere neurowetenschappelijke en biomedische experts in samenwerking met ICN2, waarbij gebruik werd gemaakt van verschillende modellen van zowel het centrale als het perifere zenuwstelsel, hebben het vermogen van EGNITE aangetoond om neurale signalen met hoge resolutie met uitzonderlijke helderheid en precisie op te nemen en, belangrijker nog, een hoge mate van doelgerichtheid.. Zenuwmodificatie. De unieke combinatie van signaalregistratie met hoge resolutie en nauwkeurige neurale stimulatie door EGNITE-technologie vertegenwoordigt een potentieel cruciale vooruitgang in neuro-elektronische therapieën.

Deze innovatieve aanpak pakt een kritieke leemte aan in de neurotechnologie, die de afgelopen twintig jaar geen significante vooruitgang op het gebied van materialen heeft gekend. De ontwikkeling van EGNITE-elektroden heeft het potentieel om grafeen in de voorhoede van neurotechnologische materialen te plaatsen.

Internationale samenwerking en wetenschappelijk leiderschap

De vandaag gepresenteerde technologie bouwt voort op de erfenis van het Graphene Flagship, een Europees initiatief dat de afgelopen tien jaar heeft geprobeerd het Europese strategische leiderschap te versterken op het gebied van technologieën op basis van grafeen en andere 2D-materialen. Achter deze wetenschappelijke doorbraak schuilt een gezamenlijke inspanning onder leiding van ICN2-onderzoekers Damia Viana (nu bij INBRAIN Neuroelectronics) en Steven T. Walston (nu aan de Universiteit van Zuid-Californië) en Eduard Masvidal Codina, onder toezicht van ICREA's José A. Garrido. ICN2-leider Geavanceerde elektronische materialen en apparaten Group, en ICREA Costas Costarellos, leider van ICN2 Laboratorium voor nanogeneeskunde en de School of Biology, Medicine and Health aan de Universiteit van Manchester (Verenigd Koninkrijk). Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana en Jaume del Valle, van het Instituut voor Neurowetenschappen en de afdeling Celbiologie, Fysiologie en Immunologie van de Autonome Universiteit van Barcelona (UAB), namen deel aan het onderzoek.

De samenwerking omvat bijdragen van toonaangevende nationale en internationale instellingen, zoals het Institute of Microelectronics of Barcelona – IMB-CNM (CSIC), het National Graphene Institute of Manchester (VK) en het Grenoble Neuroscience Institute – Université Grenoble Alpes (Frankrijk). ) en de Universiteit van Barcelona. De integratie van de technologie in standaard halfgeleiderproductieprocessen werd uitgevoerd in de Specialized Micro- and Nano-fabrication Cleanroom (CSIC) van het IMB-CNM, onder toezicht van CIBER-onderzoeker Dr. Xavi Illa.

Klinische vertaling: volgende stappen

EGNITE-technologie beschreven in Natuur nanotechnologie Het artikel werd gepatenteerd en in licentie gegeven aan INBRAIN Neuroelectronics, een in Barcelona gevestigde dochteronderneming van ICN2 en ICREA, met steun van IMB-CNM (CSIC). Het bedrijf, dat ook partner is in het Graphene Flagship-project, leidt de vertaling van de technologie naar klinische toepassingen en producten. Onder leiding van CEO Carolina Aguilar bereidt INBRAIN Neuroelectronics zich voor op het uitvoeren van eerste klinische proeven op mensen met deze innovatieve grafeentechnologie.

Het industriële en innovatielandschap op het gebied van halfgeleidertechniek in Catalonië, waar ambitieuze nationale strategieën van plan zijn om state-of-the-art faciliteiten te bouwen voor de productie van halfgeleidertechnologieën op basis van opkomende materialen, biedt een ongekende kans om de vertaling van deze vandaag gepresenteerde resultaten te versnellen in klinische uitkomsten. Toepassingen.

Slotopmerkingen

de Natuur nanotechnologie Het artikel beschrijft een innovatieve op grafeen gebaseerde neurotechnologie die kan worden opgeschaald met behulp van gevestigde halfgeleiderproductieprocessen, wat het potentieel heeft voor een transformerende impact. ICN2 en zijn partners blijven de beschreven technologie ontwikkelen en volwassen maken met als doel deze te vertalen in effectieve en innovatieve therapeutische neurotechnologie.

Referentie: “Op nanoschaal gebaseerde dunnefilmmicro-elektroden voor hoge resolutie neuronale opname en stimulatie in vivo” door Damia Viana en 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 en José A. Garrido, 11 januari 2024, Natuur nanotechnologie.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5