Le interfacce rivoluzionarie del grafene mirano a trasformare la neuroscienza

Capo Grafene La neurotecnologia sviluppata da ICN2 e dai suoi collaboratori promette progressi trasformativi nelle neuroscienze e nelle applicazioni mediche, dimostrando interfacce neurali ad alta precisione e neuromodulazione mirata.

Studio pubblicato in Nanotecnologie naturali Presenta un'innovativa neurotecnologia basata sul grafene con il potenziale di avere un impatto trasformativo nelle neuroscienze e nelle applicazioni mediche. Questa ricerca, condotta dall’Istituto Catalano di Nanoscienza e Nanotecnologia (ICN2) in collaborazione con l’Università Autonoma di Barcellona (UAB) e altri partner nazionali e internazionali, è attualmente in fase di sviluppo per applicazioni terapeutiche attraverso la società spin-off INBRAIN Neuroelectronics.

Caratteristiche principali della tecnologia del grafene

Dopo anni di ricerca nell'ambito del progetto europeo Graphene Pioneer, ICN2, in collaborazione con l'Università di Manchester, ha guidato lo sviluppo di EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), una nuova classe di dispositivi impiantabili flessibili, ad alta risoluzione, basati su grafene tecnologia neurale. . I risultati sono stati recentemente pubblicati in Neurotecnologie naturali Il suo obiettivo è contribuire con tecnologie innovative al fiorente panorama della neuroelettronica e delle interfacce cervello-computer.

EGNITE si affida alla vasta esperienza dei suoi inventori nella produzione e nella traduzione medica di nanomateriali di carbonio. Questa innovativa tecnologia basata su nanopori di grafene integra processi di produzione standard nell’industria dei semiconduttori per assemblare microelettrodi di grafene con un diametro di soli 25 micrometri. I microelettrodi di grafene mostrano una bassa resistenza e un'elevata iniezione di carica, caratteristiche essenziali per interfacce neurali flessibili ed efficienti.

Convalida della funzione preclinica

Studi preclinici condotti da numerosi esperti di neuroscienze e biomedici in collaborazione con ICN2, utilizzando diversi modelli del sistema nervoso centrale e periferico, hanno dimostrato la capacità di EGNITE di registrare segnali neurali ad alta risoluzione con eccezionale chiarezza e precisione e, soprattutto, fornire un alto livello di targetizzazione… Modificazione dei nervi. La combinazione unica di registrazione del segnale ad alta risoluzione e stimolazione neurale precisa fornita dalla tecnologia EGNITE rappresenta un progresso potenzialmente critico nelle terapie neuroelettroniche.

Questo approccio innovativo affronta una lacuna critica nella neurotecnologia, che non ha visto progressi significativi nei materiali negli ultimi due decenni. Lo sviluppo degli elettrodi EGNITE ha il potenziale per collocare il grafene in prima linea tra i materiali neurotecnologici.

Cooperazione internazionale e leadership scientifica

La tecnologia presentata oggi si basa sull’eredità della Graphene Flagship, un’iniziativa europea che negli ultimi dieci anni ha cercato di rafforzare la leadership strategica europea nelle tecnologie basate sul grafene e altri materiali 2D. Dietro questa svolta scientifica c’è uno sforzo di collaborazione guidato dai ricercatori dell’ICN2 Damia Viana (ora presso INBRAIN Neuroelectronics) e Steven T. Walston (ora presso la University of Southern California) e Eduard Masvidal Codina, sotto la supervisione di José A. Garrido. Leader dell'ICN2 Materiali e dispositivi elettronici avanzati Group, e ICREA Costas Costarellos, leader di ICN2 Laboratorio di nanomedicina e la Scuola di Biologia, Medicina e Salute dell'Università di Manchester (Regno Unito). Alla ricerca hanno partecipato Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana e Jaume del Valle, dell'Istituto di Neuroscienze e del Dipartimento di Biologia Cellulare, Fisiologia e Immunologia dell'Università Autonoma di Barcellona (UAB).

La collaborazione prevede il contributo di importanti istituzioni nazionali e internazionali, come l’Istituto di Microelettronica di Barcellona – IMB-CNM (CSIC), il National Graphene Institute di Manchester (Regno Unito) e il Grenoble Neuroscience Institute – Université Grenoble Alpes (Francia). ) e l'Università di Barcellona. L'integrazione della tecnologia nei processi standard di produzione dei semiconduttori è stata effettuata nella camera bianca specializzata di micro e nanofabbricazione (CSIC) dell'IMB-CNM, sotto la supervisione del ricercatore CIBER Dr. Xavi Illa.

Traduzione clinica: prossimi passi

La tecnologia EGNITE descritta in Nanotecnologie naturali L'articolo è stato brevettato e concesso in licenza a INBRAIN Neuroelectronics, una filiale di ICN2 e ICREA con sede a Barcellona, ​​con il supporto di IMB-CNM (CSIC). L’azienda, che è anche partner del progetto Graphene Flagship, sta guidando la traduzione della tecnologia in applicazioni e prodotti clinici. Sotto la direzione del CEO Carolina Aguilar, INBRAIN Neuroelectronics si sta preparando a condurre i primi studi clinici sull’uomo di questa innovativa tecnologia al grafene.

Il panorama industriale e dell’innovazione nell’ingegneria dei semiconduttori in Catalogna, dove ambiziose strategie nazionali prevedono di costruire strutture all’avanguardia per la produzione di tecnologie di semiconduttori basate su materiali emergenti, offre un’opportunità senza precedenti per accelerare la traduzione di questi risultati presentati oggi in esiti clinici. Applicazioni.

Osservazioni conclusive

IL Nanotecnologie naturali L’articolo descrive una neurotecnologia innovativa basata sul grafene che può essere ampliata utilizzando processi di produzione di semiconduttori consolidati, che hanno il potenziale per un impatto trasformativo. ICN2 e i suoi partner continuano a sviluppare e maturare la tecnologia descritta con l'obiettivo di tradurla in una neurotecnologia terapeutica efficace e innovativa.

Riferimento: “Microelettrodi a film sottile basati su nanoscala di grafene per la registrazione e la stimolazione neuronale ad alta risoluzione in vivo” di Damia Viana e 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 e José A. Garrido, 11 gennaio 2024, Nanotecnologie naturali.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5