Революційні графенові інтерфейси мають на меті трансформувати нейронауку

Лідер Графен Нейротехнологія, розроблена ICN2 та її співробітниками, обіцяє трансформаційні досягнення в нейронауці та медичних додатках, демонструючи високоточні нейронні інтерфейси та цілеспрямовану нейромодуляцію.

Дослідження опубліковано в Природні нанотехнології Представляє інноваційну нейротехнологію на основі графену, яка може мати трансформаційний вплив у нейронауці та медицині. Це дослідження, очолюване Каталонським інститутом нанонауки та нанотехнологій (ICN2) у співпраці з Автономним університетом Барселони (UAB) та іншими національними та міжнародними партнерами, наразі розробляється для терапевтичних застосувань через відокремлену компанію INBRAIN Neuroelectronics.

Ключові особливості графенової технології

Після багатьох років досліджень у рамках Європейського піонерського проекту Graphene, ICN2 у співпраці з Університетом Манчестера очолив розробку EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), нового класу гнучких графенових імплантованих пристроїв із високою роздільною здатністю. нейронна технологія. . Результати нещодавно були опубліковані в Природні нейротехнології Він спрямований на внесок інноваційних технологій у процвітаючий ландшафт нейроелектроніки та інтерфейсів мозок-комп’ютер.

EGNITE покладається на великий досвід своїх винахідників у виробництві та медичному перекладі вуглецевих наноматеріалів. Ця інноваційна технологія на основі графенових нанопор об’єднує стандартні виробничі процеси в напівпровідниковій промисловості для складання графенових мікроелектродів діаметром лише 25 мікрометрів. Графенові мікроелектроди демонструють низький опір і високу інжекцію заряду, що є важливими характеристиками для гнучких і ефективних нейронних інтерфейсів.

Доклінічна перевірка функції

Доклінічні дослідження, проведені кількома нейронауковими та біомедичними експертами, які співпрацюють з ICN2, з використанням різних моделей як центральної, так і периферичної нервової системи, продемонстрували здатність EGNITE записувати нейронні сигнали високої роздільної здатності з винятковою чіткістю та точністю та, що найважливіше, забезпечувати високий ступінь адресності. Модифікація нерва. Унікальне поєднання запису сигналу високої роздільної здатності та точної нервової стимуляції, що забезпечується технологією EGNITE, є потенційно критичним прогресом у нейроелектронній терапії.

Цей інноваційний підхід усуває критичну прогалину в нейротехнологіях, які не зазнали значного прогресу в матеріалах за останні два десятиліття. Розробка електродів EGNITE може вивести графен на перше місце серед нейротехнологічних матеріалів.

Міжнародне співробітництво та наукове лідерство

Технологія, представлена ​​сьогодні, базується на спадщині Graphene Flagship, європейської ініціативи, яка протягом останнього десятиліття прагнула зміцнити європейське стратегічне лідерство в технологіях на основі графену та інших 2D-матеріалів. За цим науковим проривом стоять спільні зусилля під керівництвом дослідників ICN2 Дамії Віани (зараз в INBRAIN Neuroelectronics) і Стівена Т. Волстон (зараз в Університеті Південної Каліфорнії) та Едуард Масвідал Кодіна під керівництвом Хосе А. з ICREA. Гаррідо. Лідер ICN2 Сучасні електронні матеріали та пристрої Group та ICREA Костас Костареллос, лідер ICN2 Лабораторія наномедицини та Школою біології, медицини та здоров'я Манчестерського університету (Великобританія). Ксав’єр Наварро, Наталія де ла Оліва, Бруно Родрігес-Меана та Хауме дель Валле з Інституту нейронаук і Департаменту клітинної біології, фізіології та імунології Автономного університету Барселони (UAB) брали участь у дослідженні.

Співпраця включає внесок провідних національних та міжнародних установ, таких як Інститут мікроелектроніки Барселони – IMB-CNM (CSIC), Національний інститут графену Манчестера (Велика Британія) та Інститут неврології Гренобля – Університет Гренобль Альпи (Франція). . ) та Університет Барселони. Інтеграція технології в стандартні процеси виробництва напівпровідників була здійснена в спеціалізованій мікро- та нанофабрикаційній чистій кімнаті (CSIC) IMB-CNM під керівництвом дослідника CIBER доктора Хаві Ілла.

Клінічний переклад: наступні кроки

Технологія EGNITE описана в Природні нанотехнології Стаття була запатентована та ліцензована INBRAIN Neuroelectronics, барселонської дочірньою компанією ICN2 та ICREA, за підтримки IMB-CNM (CSIC). Компанія, яка також є партнером у флагманському проекті Graphene, керує впровадженням технології в клінічні програми та продукти. Під керівництвом генерального директора Кароліни Агілар INBRAIN Neuroelectronics готується провести перші клінічні випробування цієї інноваційної графенової технології на людях.

Промисловий та інноваційний ландшафт у напівпровідниковій інженерії в Каталонії, де амбітні національні стратегії планують побудувати найсучасніші потужності для виробництва напівпровідникових технологій на основі нових матеріалів, надає безпрецедентну можливість прискорити впровадження цих результатів, представлених сьогодні. у клінічні результати. Додатки.

Заключні зауваження

в Природні нанотехнології У статті описується інноваційна нейротехнологія на основі графену, яка може бути розширена за допомогою усталених процесів виробництва напівпровідників, зберігаючи потенціал трансформаційного впливу. ICN2 та її партнери продовжують розвивати та вдосконалювати описану технологію з метою перетворення її на ефективну та інноваційну терапевтичну нейротехнологію.

Довідка: «Тонкоплівкові мікроелектроди на основі нанорозміру графену для запису нейронів із високою роздільною здатністю та стимуляції in vivo» Дамії Віани та Стівена Т. Волстон, Едвард Масвідал Кодіна, Хаві Ілла, Бруно Родрігес Міана, Хауме дель Валле, Ендрю Хейворд, Еббі Додд, Томас Лорет, Елізабет Пратс Альфонсо, Наталія де ла Оліва, Марі Пальма, Елена дель Коро, Марія дель Пілар Пернікола, Еліза Родрігес Лукас , Томас Дженнер, Хосе Мануель Де ла Круз, Мігель Торрес Міранда, Фікрет Тайгун. Дофін, Нікола Реа, Джастін Сперлінг, Сара Марті Санчес, Марія К’яра Спадаро, Клемент Хібберт, Шинейд Севідж, Жорді Арбіоль, Антон Гімера-Брюне, М. Вікторія Пуч, Блез Еверетт, Ксав’єр Наварро, Костас Костарелос і Хосе А. Гаррідо, 11 січня 2024 р. Природні нанотехнології.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5