Eine bahnbrechende Studie stellt eine innovative graphenbasierte Neurotechnologie vor, die von ICN2 und Partnern entwickelt wurde und das Potenzial für bedeutende Fortschritte in den Neurowissenschaften und therapeutischen Anwendungen hat. (Konzept des Künstlers.) Bildnachweis: SciTechDaily.com
Bahnbrechend 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 Nervenmodulation.
Eine Studie veröffentlicht in Natur-Nanotechnologie präsentiert eine innovative graphenbasierte Neurotechnologie mit dem Potenzial für eine transformative Wirkung in den Neurowissenschaften und medizinischen Anwendungen. Diese vom katalanischen Institut für Nanowissenschaften und Nanotechnologie (ICN2) gemeinsam mit der Universitat Autònoma de Barcelona (UAB) und anderen nationalen und internationalen Partnern geleitete Forschung wird derzeit durch das Spin-off INBRAIN Neuroelectronics für therapeutische Anwendungen entwickelt.
Hauptmerkmale der Graphen-Technologie
Nach jahrelanger Forschung im Rahmen des European Graphene Flagship-Projekts leitete ICN2 in Zusammenarbeit mit der University of Manchester die Entwicklung von EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), einer neuartigen Klasse flexibler, hochauflösender und hochpräziser implantierbarer Neurotechnologie auf Graphenbasis . Die kürzlich veröffentlichten Ergebnisse in Naturneurotechnologie Ziel ist es, mit innovativen Technologien einen Beitrag zur blühenden Landschaft der Neuroelektronik und Gehirn-Computer-Schnittstellen zu leisten.
EGNITE baut auf der umfangreichen Erfahrung seiner Erfinder in der Herstellung und medizinischen Umsetzung von Kohlenstoffnanomaterialien auf. Diese innovative Technologie auf Basis von nanoporösem Graphen integriert in der Halbleiterindustrie übliche Herstellungsprozesse zur Herstellung von Graphen-Mikroelektroden mit einem Durchmesser von lediglich 25 µm. Die Graphen-Mikroelektroden weisen eine niedrige Impedanz und eine hohe Ladungsinjektion auf, wesentliche Eigenschaften für flexible und effiziente neuronale Schnittstellen.
Präklinische Validierung der Funktionalität
Präklinische Studien verschiedener neurowissenschaftlicher und biomedizinischer Experten, die mit ICN2 zusammenarbeiteten und verschiedene Modelle sowohl für das zentrale als auch das periphere Nervensystem verwendeten, zeigten die Fähigkeit von EGNITE, neuronale Signale mit hoher Wiedergabetreue mit außergewöhnlicher Klarheit und Präzision aufzuzeichnen und, was noch wichtiger ist, eine äußerst gezielte Aufzeichnung zu ermöglichen Nervenmodulation. Die einzigartige Kombination aus hochpräziser 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, bei der in den letzten zwei Jahrzehnten kaum Fortschritte bei den Materialien erzielt wurden. 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 darauf abzielte, die strategische Führungsrolle Europas bei Technologien zu stärken, die auf Graphen und anderen 2D-Materialien basieren. Hinter diesem wissenschaftlichen Durchbruch steht eine gemeinsame Anstrengung unter der Leitung der ICN2-Forscher Damià Viana (jetzt bei INBRAIN Neuroelectronics), Steven T. Walston (jetzt an der University of Southern California) und Eduard Masvidal-Codina unter der Leitung von ICREA Jose A. Garrido. Leiter der ICN2 Advanced Electronic Materials and Devices Group, und ICREA Kostas Kostarelos, Leiter des ICN2 Nanomedicine Lab und der Fakultät für Biologie, Medizin und Gesundheit an der University of Manchester (UK). An der Forschung beteiligten sich 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 Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).
Die Zusammenarbeit umfasst den Beitrag führender nationaler und internationaler Institutionen wie dem Institut de Microelectronica de Barcelona – IMB-CNM (CSIC), dem National Graphene Institute in Manchester (Großbritannien) und dem Grenoble Institut des Neurosciences – Université Grenoble Alpes (Frankreich). ) und der Universität Barcelona. Die Technologieintegration in die standardmäßigen Halbleiterfertigungsprozesse wurde im Mikro- und Nanofabrikations-Reinraum des IMB-CNM (CSIC) unter der Aufsicht des CIBER-Forschers Dr. Xavi Illa durchgeführt.
Klinische Übersetzung: Nächste Schritte
Die in der beschriebene EGNITE-Technologie Natur-Nanotechnologie Der Artikel wurde patentiert und an INBRAIN Neuroelectronics lizenziert, ein Spin-off mit Sitz in Barcelona von ICN2 und ICREA, mit Unterstützung von IMB-CNM (CSIC). Das Unternehmen, auch Partner im Graphene Flagship-Projekt, leitet die Umsetzung der Technologie in klinische Anwendungen und Produkte. Unter der Leitung von CEO Carolina Aguilar bereitet sich INBRAIN Neuroelectronics auf die ersten klinischen Studien dieser innovativen Graphen-Technologie am Menschen vor.
Die Industrie- und Innovationslandschaft im Bereich Halbleitertechnik in Katalonien, wo ehrgeizige nationale Strategien den Bau hochmoderner Anlagen zur Herstellung von Halbleitertechnologien auf Basis neuer Materialien planen, bietet eine beispiellose Gelegenheit, die Umsetzung der heute vorgestellten Ergebnisse in die klinische Praxis zu beschleunigen Anwendungen.
Schlußbemerkungen
Der Natur-Nanotechnologie Der Artikel beschreibt eine innovative Graphen-basierte Neurotechnologie, die mithilfe etablierter Halbleiterfertigungsprozesse hochskaliert 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 eine wirklich wirksame und innovative therapeutische Neurotechnologie umzusetzen.
Referenz: „Nanoporöse, auf Graphen basierende Dünnschicht-Mikroelektroden für die hochauflösende neuronale Aufzeichnung und Stimulation in vivo“ von Damià Viana, Steven T. Walston, Eduard Masvidal-Codina, Xavi Illa, Bruno Rodríguez-Meana, Jaume del Valle, Andrew Hayward , Abbie Dodd, Thomas Loret, Elisabet Prats-Alfonso, Natàlia de la Oliva, Marie Palma, Elena del Corro, María del Pilar Bernicola, Elisa Rodríguez-Lucas, Thomas Gener, Jose Manuel de la Cruz, Miguel Torres-Miranda, Fikret Taygun Duvan, Nicola Ria, Justin Sperling, Sara Martí-Sánchez, Maria Chiara Spadaro, Clément Hébert, Sinead Savage, Jordi Arbiol, Anton Guimerà-Brunet, M. Victoria Puig, Blaise Yvert, Xavier Navarro, Kostas Kostarelos und Jose A. Garrido, 11. Januar 2024, Natur-Nanotechnologie.
DOI: 10.1038/s41565-023-01570-5