Una nova tecnologia implantable basada en grafè obre camí per a aplicacions terapèutiques d'alta precisió

Després d'anys de recerca dins del projecte Europeu Graphene Flagship, l'ICN2, en col·laboració amb la Universitat de Manchester (Regne Unit), ha liderat el desenvolupament d'EGNITE (engineered graphene for neural interfaces), un nou tipus de neurotecnologia implantable basada en grafè, flexible, d'alta resolució i d’alta precisió. Els resultats publicats avui a Nature Neurotechnology pretenen contribuir amb tecnologies innovadores al fructífer camp de la neuroelectrònica i les interfícies cervell-ordinador.

EGNITE es basa en l'àmplia experiència dels seus inventors en la fabricació i translació a la medicina de nanomaterials de carboni. Aquesta tecnologia innovadora basada en grafè nanoporós integra processos de fabricació estàndard en la indústria de semiconductors per a crear microelèctrodes de grafè de només 25 µm de diàmetre, els quals mostren una baixa impedància i una alta injecció de càrrega, uns atributs essencials per a interfícies neurals flexibles i eficients.

Validació preclínica de les funcionalitats

Estudis preclínics duts a terme per diversos experts en neurociència i biomedicina que han col·laborat amb l'ICN2 han demostrat, emprant diferents models per al sistema nerviós central i el perifèric, la capacitat d'EGNITE d’enregistrar senyals neurals d'alta fidelitat amb una claredat i precisió excepcionals i, més important encara, proporcionar una modulació nerviosa altament específica. La combinació única d'enregistrament de senyals d'alta fidelitat i estimulació nerviosa precisa que ofereix la tecnologia EGNITE representa un avenç potencialment crític en teràpies neuroelectròniques.

Aquest enfocament innovador aborda una limitació central en neurotecnologia, on s’han produït pocs avenços en termes de materials durant les darreres dues dècades. El desenvolupament dels elèctrodes EGNITE té la capacitat de situar el grafè al capdavant dels materials neurotecnològics.

Col·laboració internacional i lideratge científic

La tecnologia presentada avui es basa en el llegat del Graphene Flagship, una iniciativa europea que ha treballat al llarg d’una dècada per avançar el lideratge estratègic d'Europa en tecnologies que depenen del grafè i altres materials 2D. Darrere d'aquest avenç científic hi ha un esforç col·laboratiu encapçalat per investigadors de l'ICN2, Damià Viana (ara a INBRAIN Neuroelectronics), Steven T. Walston (ara a la Universitat del Sud de Califòrnia) i Eduard Masvidal-Codina, sota la tutela del Prof. ICREA Jose A. Garrido, líder del Grup de Materials i Dispositius Electrònics Avançats de l'ICN2, i el Prof. ICREA Kostas Kostarelos, líder del Laboratori de Nanomedicina de l'ICN2 i de la Facultat de Biologia, Medicina i Salut de la Universitat de Manchester (Regne Unit). La investigació ha comptat amb la participació de Xavier Navarro, Natàlia de la Oliva, Bruno Rodríguez-Meana i Jaume del Valle, de l’Institut de Neurociències i del Departament de Biologia Cel·lular, de Fisiologia i d’Immunologia de la Universitat Autònoma de Barcelona (UAB).

La col·laboració inclou la contribució de l'Institut de Microelectrònica de Barcelona - IMB-CNM (CSIC), el National Graphene Institute de Manchester (Regne Unit) i el Grenoble Institut des Neurosciences – Universitat de Grenoble Alps (França) i de la Universitat de Barcelona. La integració de la tecnologia en els processos estàndard de fabricació de semiconductors s'ha fet a la sala blanca de micro i nanofabricació de l'IMB-CNM (CSIC) sota la supervisió de l’investigador del CIBER Xavi Illa.

La tecnologia EGNITE descrita a l'article de Nature Nanotechnology ha estat patentada i llicenciada a INBRAIN Neuroelectronics, una empresa spin-off amb seu a Barcelona creada per l'ICN2 i ICREA, amb el suport de l'IMB-CNM (CSIC). La companyia, també membre del projecte Graphene Flagship, està liderant la traducció de la tecnologia en aplicacions i productes clínics. Sota la direcció de la CEO Carolina Aguilar, INBRAIN Neuroelectronics es prepara per als primers assaigs clínics en humans d'aquesta innovadora tecnologia basada en grafè.

El panorama industrial i d'innovació en enginyeria de semiconductors a Catalunya, on ambicioses estratègies nacionals preveuen construir instal·lacions d'avantguarda per produir tecnologies de semiconductors basades en materials emergents, ofereix una oportunitat sense precedents per accelerar la translació dels resultats presentats avui en aplicacions clíniques.

Article de referència:

Viana, D., Walston, S.T., Masvidal-Codina, E. et al. Nanoporous graphene-based thin-film microelectrodes for in vivo high-resolution neural recording and stimulation. Nat. Nanotechnol. (2024). DOI: 10.1038/s41565-023-01570-5