Las interfaces revolucionarias de grafeno tienen como objetivo transformar la neurociencia

Líder Grafeno La neurotecnología desarrollada por ICN2 y sus colaboradores promete avances transformadores en neurociencia y aplicaciones médicas, demostrando interfaces neuronales de alta precisión y neuromodulación dirigida.

Estudio publicado en Nanotecnología de la naturaleza Presenta una neurotecnología innovadora basada en grafeno con el potencial de tener un impacto transformador en la neurociencia y las aplicaciones médicas. Esta investigación, liderada por el Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología (ICN2) en colaboración con la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB) y otros socios nacionales e internacionales, se está desarrollando actualmente para aplicaciones terapéuticas a través de la empresa spin-off INBRAIN Neuroelectronics.

Características clave de la tecnología del grafeno

Después de años de investigación en el marco del Proyecto Pionero Europeo del Grafeno, el ICN2, en colaboración con la Universidad de Manchester, ha liderado el desarrollo de EGNITE (Engineered Graphene for Neural Interfaces), una nueva clase de implantes flexibles y de alta resolución basados ​​en grafeno. tecnología neuronal. . Los resultados fueron publicados recientemente en Neurotecnología de la naturaleza Su objetivo es contribuir con tecnologías innovadoras al próspero panorama de la neuroelectrónica y las interfaces cerebro-computadora.

EGNITE confía en la amplia experiencia de sus inventores en la fabricación y traducción médica de nanomateriales de carbono. Esta innovadora tecnología basada en nanoporos de grafeno integra procesos de fabricación estándar en la industria de semiconductores para ensamblar microelectrodos de grafeno con un diámetro de solo 25 micrómetros. Los microelectrodos de grafeno exhiben baja resistencia y alta inyección de carga, que son características esenciales para interfaces neuronales flexibles y eficientes.

Validación de funciones preclínicas.

Los estudios preclínicos realizados por múltiples expertos en neurociencia y biomedicina asociados con ICN2, utilizando diferentes modelos del sistema nervioso central y periférico, han demostrado la capacidad de EGNITE para registrar señales neuronales de alta resolución con claridad y precisión excepcionales y, lo más importante, proporcionar una alto grado de focalización. Modificación nerviosa. La combinación única de registro de señales de alta resolución y estimulación neuronal precisa proporcionada por la tecnología EGNITE representa un avance potencialmente crítico en la terapéutica neuroelectrónica.

Este enfoque innovador aborda una brecha crítica en la neurotecnología, que no ha visto avances significativos en materiales en las últimas dos décadas. El desarrollo de electrodos EGNITE tiene el potencial de colocar al grafeno a la vanguardia de los materiales neurotecnológicos.

Cooperación internacional y liderazgo científico

La tecnología presentada hoy se basa en el legado de Graphene Flagship, una iniciativa europea que durante la última década ha buscado fortalecer el liderazgo estratégico europeo en tecnologías basadas en grafeno y otros materiales 2D. Detrás de este avance científico hay un esfuerzo de colaboración liderado por los investigadores del ICN2 Damia Viana (ahora en INBRAIN Neuroelectronics) y Steven T. Walston (ahora en la Universidad del Sur de California), y Eduard Masvidal Codina, bajo la supervisión de José A. Garrido. Líder de CIN2 Materiales y dispositivos electrónicos avanzados. Grupo, e ICREA Costas Costarellos, líder del ICN2 laboratorio de nanomedicina y la Facultad de Biología, Medicina y Salud de la Universidad de Manchester (Reino Unido). En la investigación han participado Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana y Jaume del Valle, del Instituto de Neurociencias y del Departamento de Biología Celular, Fisiología e Inmunología de la Universidad Autónoma de Barcelona (UAB).

La colaboración incluye la contribución de importantes instituciones nacionales e internacionales, como el Instituto de Microelectrónica de Barcelona – IMB-CNM (CSIC), el Instituto Nacional de Grafeno de Manchester (Reino Unido) y el Instituto de Neurociencia de Grenoble – Université Grenoble Alpes (Francia). ) y la Universidad de Barcelona. La integración de la tecnología en procesos estándar de fabricación de semiconductores se ha llevado a cabo en la Sala Blanca Especializada en Micro y Nanofabricación (CSIC) del IMB-CNM, bajo la supervisión del investigador del CIBER Dr. Xavi Illa.

Traducción clínica: próximos pasos

Tecnología EGNITE descrita en Nanotecnología de la naturaleza El artículo fue patentado y licenciado a INBRAIN Neuroelectronics, una filial de ICN2 e ICREA con sede en Barcelona, ​​con el apoyo del IMB-CNM (CSIC). La empresa, que también es socia del proyecto Graphene Flagship, lidera la traducción de la tecnología a aplicaciones y productos clínicos. Bajo la dirección de la directora ejecutiva Carolina Aguilar, INBRAIN Neuroelectronics se está preparando para realizar los primeros ensayos clínicos en humanos de esta innovadora tecnología de grafeno.

El panorama industrial y de innovación en ingeniería de semiconductores en Cataluña, donde ambiciosas estrategias nacionales prevén construir instalaciones de última generación para la producción de tecnologías de semiconductores basadas en materiales emergentes, ofrece una oportunidad sin precedentes para acelerar la traducción de estos resultados presentados hoy en los resultados clínicos. Aplicaciones.

Observaciones finales

el Nanotecnología de la naturaleza El artículo describe una neurotecnología innovadora basada en grafeno que se puede ampliar utilizando procesos de fabricación de semiconductores establecidos, lo que tiene el potencial de tener un impacto transformador. ICN2 y sus socios continúan desarrollando y madurando la tecnología descrita con el objetivo de traducirla en neurotecnología terapéutica eficaz e innovadora.

Referencia: “Microelectrodos de película delgada basados ​​en nanoescala de grafeno para estimulación y registro neuronal de alta resolución in vivo” por Damia Viana y 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, José 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 y José A. Garrido, 11 de enero de 2024, Nanotecnología de la naturaleza.
doi: 10.1038/s41565-023-01570-5