Revolutionäre Graphen-Schnittstellen zielen darauf ab, die Neurowissenschaft zu verändern

Führer Graphen Die von ICN2 und seinen Mitarbeitern entwickelte Neurotechnologie verspricht transformative Fortschritte in den Neurowissenschaften und medizinischen Anwendungen und demonstriert hochpräzise neuronale Schnittstellen und gezielte Neuromodulation.

Studie veröffentlicht in Natur-Nanotechnologie Präsentiert eine innovative Graphen-basierte Neurotechnologie mit dem Potenzial, einen transformativen Einfluss auf die Neurowissenschaften und medizinische Anwendungen zu haben. Diese vom katalanischen Institut für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (ICN2) in Zusammenarbeit mit der Autonomen Universität Barcelona (UAB) und anderen nationalen und internationalen Partnern geleitete Forschung wird derzeit über das Spin-off-Unternehmen INBRAIN Neuroelectronics für therapeutische Anwendungen entwickelt.

Hauptmerkmale der Graphen-Technologie

Nach jahrelanger Forschung im Rahmen des European Graphene Pioneer Project hat ICN2 in Zusammenarbeit mit der University of Manchester die Entwicklung von EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces) geleitet, einer neuen Klasse flexibler, hochauflösender, auf Graphen basierender Implantate neuronale Technologie. . Die Ergebnisse wurden kürzlich in veröffentlicht Naturneurotechnologie Ziel ist es, innovative Technologien zur florierenden Landschaft der Neuroelektronik und Gehirn-Computer-Schnittstellen beizutragen.

EGNITE stützt sich auf die umfangreiche Erfahrung seiner Erfinder bei der Herstellung und medizinischen Umsetzung von Kohlenstoffnanomaterialien. Diese innovative, auf Graphen-Nanoporen basierende Technologie integriert Standardfertigungsprozesse in der Halbleiterindustrie, um Graphen-Mikroelektroden mit einem Durchmesser von nur 25 Mikrometern zusammenzubauen. Graphen-Mikroelektroden weisen einen geringen Widerstand und eine hohe Ladungsinjektion auf, was wesentliche Merkmale für flexible und effiziente neuronale Schnittstellen sind.

Präklinische Funktionsvalidierung

Präklinische Studien, die von mehreren neurowissenschaftlichen und biomedizinischen Experten in Zusammenarbeit mit ICN2 durchgeführt wurden und verschiedene Modelle sowohl des zentralen als auch des peripheren Nervensystems verwendeten, haben die Fähigkeit von EGNITE gezeigt, hochauflösende neuronale Signale mit außergewöhnlicher Klarheit und Präzision aufzuzeichnen und, was am wichtigsten ist, a hoher Grad an Targeting. . Nervenmodifikation. Die einzigartige Kombination aus hochauflösender Signalaufzeichnung und präziser Nervenstimulation durch die EGNITE-Technologie stellt einen potenziell entscheidenden Fortschritt in der neuroelektronischen Therapie dar.

Dieser innovative Ansatz schließt eine kritische Lücke in der Neurotechnologie, die in den letzten zwei Jahrzehnten keine nennenswerten Fortschritte bei den Materialien gemacht hat. Die Entwicklung von EGNITE-Elektroden hat das Potenzial, Graphen an die Spitze neurotechnologischer Materialien zu bringen.

Internationale Zusammenarbeit und wissenschaftliche Führung

Die heute vorgestellte Technologie baut auf dem Erbe des Graphene Flagship auf, einer europäischen Initiative, die im letzten Jahrzehnt versucht hat, die strategische Führungsrolle Europas bei Technologien auf Basis von Graphen und anderen 2D-Materialien zu stärken. Hinter diesem wissenschaftlichen Durchbruch steht eine gemeinsame Anstrengung unter der Leitung der ICN2-Forscher Damia Viana (jetzt bei INBRAIN Neuroelectronics) und Steven T. Walston (jetzt an der University of Southern California) und Eduard Masvidal Codina unter der Leitung von José A. von ICREA. Garrido. ICN2-Leiter Fortschrittliche elektronische Materialien und Geräte Group und ICREA Costas Costarellos, Leiter von ICN2 Nanomedizinlabor und der School of Biology, Medicine and Health der University of Manchester (Vereinigtes Königreich). Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana und Jaume del Valle vom Institut für Neurowissenschaften und der Abteilung für Zellbiologie, Physiologie und Immunologie der Autonomen Universität Barcelona (UAB) waren an der Forschung beteiligt.

Die Zusammenarbeit umfasst Beiträge führender nationaler und internationaler Institutionen wie dem Institut für Mikroelektronik von Barcelona – IMB-CNM (CSIC), dem National Graphene Institute von Manchester (Großbritannien) und dem Grenoble Neuroscience Institute – Université Grenoble Alpes (Frankreich). ) und der Universität Barcelona. Die Integration der Technologie in Standard-Halbleiterfertigungsprozesse wurde im Specialized Micro- and Nano-fabrication Cleanroom (CSIC) des IMB-CNM unter der Aufsicht des CIBER-Forschers Dr. Xavi Illa durchgeführt.

Klinische Übersetzung: nächste Schritte

EGNITE-Technologie beschrieben in Natur-Nanotechnologie Der Artikel wurde mit Unterstützung von IMB-CNM (CSIC) patentiert und an INBRAIN Neuroelectronics, eine in Barcelona ansässige Tochtergesellschaft von ICN2 und ICREA, lizenziert. Das Unternehmen, das auch Partner im Graphene Flagship-Projekt ist, leitet die Umsetzung der Technologie in klinische Anwendungen und Produkte. Unter der Leitung von CEO Carolina Aguilar bereitet INBRAIN Neuroelectronics die Durchführung erster klinischer Studien am Menschen mit dieser innovativen Graphen-Technologie vor.

Die Industrie- und Innovationslandschaft in der Halbleitertechnik in Katalonien, wo ehrgeizige nationale Strategien den Bau hochmoderner Anlagen für die Produktion von Halbleitertechnologien auf Basis neuer Materialien planen, bietet eine beispiellose Gelegenheit, die Umsetzung dieser heute vorgestellten Ergebnisse zu beschleunigen in klinische Ergebnisse. Anwendungen.

Abschließende Bemerkungen

Die Natur-Nanotechnologie Der Artikel beschreibt eine innovative Graphen-basierte Neurotechnologie, die mithilfe etablierter Halbleiterfertigungsprozesse skaliert werden kann und das Potenzial für eine transformative Wirkung birgt. ICN2 und seine Partner entwickeln und reifen die beschriebene Technologie weiter mit dem Ziel, sie in wirksame und innovative therapeutische Neurotechnologie umzusetzen.

Referenz: „Graphen-Nano-basierte Dünnschicht-Mikroelektroden für hochauflösende neuronale Aufzeichnung und Stimulation in vivo“ von Damia Viana und 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 Hibbert, Sinead Savage, Jordi Arbiol, Anton Guimera-Brunet, M. Victoria Puig, Blaise Everett, Xavier Navarro, Costas Costarelos und José A. Garrido, 11. Januar 2024, Natur-Nanotechnologie.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5