グラフェンを用いた脳オルガノイド成熟促進技術(New Graphene Technology Matures Brain Organoids Faster, May Unlock Neurodegenerative Insights)

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2025-08-20 カリフォルニア大学サンディエゴ校(UCSD)

カリフォルニア大学サンディエゴ校の研究チームは、グラフェンを用いた光刺激技術「GraMOS」を開発し、ヒト脳オルガノイドの成熟を加速させることに成功した(Nature Communications掲載)。GraMOSはグラフェンに光を当てて微弱な電気信号を発生させ、神経細胞の結合や活動を自然に近い形で促進する。これによりネットワーク形成が強化され、従来より早期に成熟した神経活動が得られた。さらにアルツハイマー病患者由来オルガノイドでは、接続性や興奮性の差を早期に検出でき、神経変性疾患研究の新たなモデルとして期待される。手法は非侵襲で細胞の健康や構造を損なわず、将来的には脳—機械インターフェースやAI応用にも展開可能とされる。

<関連情報>

疾患モデル、幹細胞の成熟、およびバイオハイブリッドロボティクスにおける非遺伝的ニューロモジュレーションのためのグラフェン光電子アクチュエーター Non-genetic neuromodulation with graphene optoelectronic actuators for disease models, stem cell maturation, and biohybrid robotics

Elena Molokanova,Teng Zhou,Pragna Vasupal,Volodymyr P. Cherkas,Prashant Narute,Mariana S. A. Ferraz,Michael Reiss,Angels Almenar-Queralt,Georgia Chaldaiopoulou,Janaina Sena de Souza,Honieh Hemati,Francisco Downey,Omowuyi O. Olajide,Carolina Thörn Perez,Francesca Puppo,Pinar Mesci,Samuel L. Pfaff,Dmitry Kireev,Alysson R. Muotri & Alex Savchenko
Nature Communications  Published:20 August 2025
DOI:https://doi.org/10.1038/s41467-025-62637-6

グラフェンを用いた脳オルガノイド成熟促進技術(New Graphene Technology Matures Brain Organoids Faster, May Unlock Neurodegenerative Insights)

Abstract

Light can serve as a tunable trigger for neurobioengineering technologies, enabling probing, control, and enhancement of brain function with unmatched spatiotemporal precision. Yet, these technologies often require genetic or structural alterations of neurons, disrupting their natural activity. Here, we introduce the Graphene-Mediated Optical Stimulation (GraMOS) platform, which leverages graphene’s optoelectronic properties and its ability to efficiently convert light into electricity. Using GraMOS in longitudinal studies, we found that repeated optical stimulation enhances the maturation of hiPSC-derived neurons and brain organoids, underscoring GraMOS’s potential for regenerative medicine and neurodevelopmental studies. To explore its potential for disease modeling, we applied short-term GraMOS to Alzheimer’s stem cell models, uncovering disease-associated alterations in neuronal activity. Finally, we demonstrated a proof-of-concept for neuroengineering applications by directing robotic movements with GraMOS-triggered signals from graphene-interfaced brain organoids. By enabling precise, non-invasive neural control across timescales from milliseconds to months, GraMOS opens new avenues in neurodevelopment, disease treatment, and robotics.

細胞遺伝子工学
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