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Interfaces neurales flexibles basadas en grafeno para el sistema nervioso periférico

XVIII Concurso Nacional para la Adjudicación de Ayudas a la Investigación en Ciencias de la Vida y de la Materia

Grafeno, fundamentos y aplicaciones

Investigador Principal: José Antonio Garrido Ariza

Centro de investigación o Institución: Instituto Catalán de Nanociencia y Nanotecnología. Bellaterra, Barcelona.

Sinopsis

Después de una amputación, los pacientes padecen una reducción importante de sus funciones motoras y sensoriales y ven mermada su capacidad para llevar a cabo diferentes actividades. Las neuroprótesis son la solución más avanzada para restaurar o sustituir parcialmente las funciones sensoriales y motoras perdidas. Estos sistemas neuroprotésicos incluyen una interfaz con el nervio periférico que requiere un flujo de información rápido, selectivo y bidireccional entre el sistema nervioso del usuario y el dispositivo.

Nuestro objetivo es explorar la tecnología basada en grafeno para electrodos neurales que interactúen con el sistema nervioso periférico. Los objetivos principales son: 1) desarrollar la tecnología para la fabricación de sensores de grafeno y dispositivos de estimulación sobre sustratos flexibles, y 2) evaluar su eficacia de la comunicación eléctrica bidireccional en el sistema nervioso periférico.

En este proyecto se ha desarrollado un material fino y poroso basado en grafeno que supera las principales limitaciones de la tecnología actual para la producción de neurointerfases. Este material se ha utilizado como parte eléctricamente activa en el diseño de nuevas interfases y se ha optimizado su fabricación. A nivel biológico, hemos demostrado que el material es biocompatible in vitro sin signos de toxicidad en neuronas, e in vivo ya que no induce daño al ser implantado crónicamente en nervio periférico. Respecto a la funcionalidad del electrodo, este se puede implantar en nervio y ser usado para estimular selectivamente subconjuntos de axones para inducir la activación de tres músculos diferentes. El dispositivo fabricado necesita menos corriente para activar fibras nerviosas motoras en comparación a otros electrodos estándar, reduciendo el potencial daño del tejido y el consumo de energía del dispositivo, con el potencial de ofrecer una ventana más larga de estimulación efectiva. Los últimos estudios evaluarán la capacidad de registrar señales nerviosas y estudiarán la funcionalidad a nivel crónico.