IMDEA 나노시엔시아의 연구원들은 뉴런과의 보다 친밀한 상호작용을 위한 개선된 전극을 설계했다.

포유류 세포, 특히 신경 세포의 상태를 아는 것은 나노기술 기반의 인터페이스의 발전에 달려 있다. 나노기술은 신경세포와의 보다 친밀한 인터페이스를 위해 나노스케일 기능을 추가함으로써 신경계의 연결 경로를 풀 수 있는 새로운 기술적 가능성을 제공한다. 이런 점에서 설계 개선과 임피던스 저임피던스의 비침습적 마이크로 전극이 크게 선호된다. 지금까지 유연한 전극이 제안되었지만, 나노 구조와 낮은 임피던스를 모두 갖춘 유연성은 소수뿐이다.

유연한 전극 및 나노 구조. CC-BY-NC

IMDEA 나노시엔시아 연구소의 협력 연구팀이 유연성 있는 얇은 금속 전극을 솔루션이 될 수 있는 나노모토포그래피로 설계했다. 제안된 전극 표면은 수직 금속 나노와이어의 배열로 나노구조화되어 임피던스를 줄이고 기존의 평판 전극에 대한 개별 뉴런의 상호접속을 강화하여 성능을 향상시킨다.이러한 전극은 만성 임플란트를 위해 이미 존재하는 신경 인터페이스의 표면에 쉽게 통합될 수 있어 이물질 반응과 장기간 글라이얼 캡슐화의 위험을 최소화하여 의료 임플란트의 수명을 연장시킬 수 있다.

전극은 신경퇴행성 질환에 대한 기술에서 응용할 수 있을 것이다. 신경질환의 대부분은 만성질환이거나 퇴행성이며 매우 중요한 인지장애와 운동장애를 발생시킨다. 신경계를 연구하고, 지식과 치료법을 찾기 위해 특별한 특성을 가진 전극이 필요하다. IMDEA 나노시엔시아의 공동 저자이자 연구자인 루카스 페레즈는 다음과 같이 말하고 있다.

"우리가 개발한 것은 나노구조 전극을 제작하고 통합하기 쉬운 새로운 접근법으로, 신경 전극의 모든 기대 특성인 유연하고 강력하며 낮은 임피던스와 낮은 침습성을 지닌다." Ma Concepción Serrano, ICMM-CSIC의 공동 저자 겸 연구자는 다음과 같이 덧붙인다: "이 전극은 세포 구성 요소에 더 가까운 크기로 설계된 구조로, 전기 자극의 적용을 포함하여 신경 세포로부터 좋은 반응을 보여주며, 신경조직 자극 및/또는 신경조직 자극에 대한 최종 치료 용도에 대한 통로를 열어준다. 재생."

뉴런은 나노 전극을 "향상"한다. 신용: Beatriz Rodilla (ICMM-CSIC).

척수손상과 같은 신경질환은 이러한 전극의 치료적 응용에 분명한 표적이 될 것이다. "우리는 신경계에 대한 더 나은 이해가 필요합니다. 뉴런과 상호작용할 수 있는 도구가 필요합니다. 이것이 바로 우리가 찾고 있는 것입니다. 단기적으로는 현재 신경학에서 사용되고 있는 전극의 성능을 향상시킬 수 있다고 본다. 미래에 우리는 척수 손상을 위한 우회로를 개발하고 싶습니다"라고 페레스 박사는 말한다. 전극의 효율과 생체적합성을 향상시키면 신경질환의 치료와 뇌-기계 인터페이스 개발을 위한 사용이 촉진되고 확장될 것이다.

이 연구는 나노기술의 혜택을 받는 새로운 세대의 신경 인터페이스를 설계하고 조작하기 위해 생물학자, 의학자와 물질 과학자들과의 흥미로운 교류의 결과 중 하나이다. 이러한 다원적 접근법의 약속은 신경 연결을 위한 능동 바이패스의 핵심 요소 중 하나인 신경 전극의 새로운 세대를 효과적으로 설계하기 위한 추가적인 연구를 위한 매력적인 협력 작업을 열어준다.

이 작업에 참여한 기관은 ICMM-CSIC(스페인), IMDEA 나노시엔시아(스페인), 병원 Nacional de Parapléjicos de Toledo(스페인), SISSA(이탈리아) 등 4개 기관이다. 이 연구는 허가 협약 No. 737116에 따라 Horizon 2020 프로그램(미래 및 이머징 테크놀로지스 프레임워크)이 자금을 지원하는 유럽 연구 및 혁신 프로젝트인 ByAxon의 결과물이다. 이 프로젝트의 예산은 3 M€이며 IMDEA 나노시엔시아에서 조정됩니다.

참조:

도밍게스바조 외 나노구조화된 전극과 상호작용하는 뉴런은 시냅스 회로 기능을 변조한다. 조언자 Biosys, 4(9): 2000117. 2020년 DOI: 10.1002/adbi.202000117 https://onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/adbi.202000117

출처: IMDEA 나노시엔시아

https://www.technology.org/2020/09/29/speaking-with-neurons-nanostructured-neural-electrodes/