科学者たちは、グラフェンを用いてニューロオルガノイドを刺激し成長させる革新的なGraMOS（Graphene-Mediated Optical Stimulation）と呼ばれる手法を開発しました。これにより、意識の理解と神経疾患の治療に新たな道が開かれています。
この技術は、炭素原子一層からなるグラフェンのユニークな光電子特性を活用し、光を穏やかな電気信号に変換します。これらの信号がニューロオルガノイドを刺激し、それらの相互作用とコミュニケーションを促進します。このブレークスルーは、2024年にバルセロナのInbrain Neuroelectronicsがパーキンソン病を治療し、同時に「思考を読み取る」ことができるグラフェン神経インプラントの最初の実験を行うことが承認されたといった、以前の研究に基づいています。
しかし、GraMOSはグラフェンをニューロオルガノイドに直接統合することで、侵襲的な介入なしに神経オルガノイドの成長を促進する点で異なります。このアプローチは、特に実験室での老化に関連する疾患の研究に価値のある、より急速な神経成長を促進することを目指しています。
GraMOSの発明者であり、NeurANO Bioscienceの代表取締役であるエレーナ・モロカノヴァ博士は、「グラフェンと光の応用により、従来のオプトジェネティック手法に頼ることなく、ニューロン間の接続形成と発達の促進に成功しました。私たちは独自のソフトな相互作用を作り出し、ニューロンをより速い成長へと導きました。これは、実験室の条件下で加齢に関連する疾患を研究する際に特に価値があります。」と述べています。
グラフェンを統合したニューロオルガノイドは、外部条件に対する感度を獲得し、光刺激下で神経ネットワーク鎖を適応的に再構成できます。この神経可塑性は、古典的なコンピュータチップの能力を大幅に上回り、人工知能（AI）の改善と複雑で非標準的なタスクを解決する能力の拡大の可能性を開きます。
実験プロジェクトでは、専門家が脳オルガノイドをグラフェンインターフェースに接続し、センサーを備えたロボット複合体に接続しました。ロボットが障害物に接触すると、オルガノイドを刺激する信号が送信され、オルガノイドは神経応答を生成してロボットの移動方向の変化を引き起こします。このサイクル全体は50ミリ秒未満で完了します。
研究者たちは、「これはほんの始まりです。グラフェンの汎用性と脳オルガノイドの生物学の組み合わせは、脳機能の理解から全く新しい技術パラダイムの創造まで、神経科学の可能性を再考させることができます。」と結論付けています。以前の専門家は、人間のようなロボットとの並行作業の可能性を評価しています。例えば、2024年8月20日に発表されたNature Communicationsの研究では、GraMOSがアルツハイマー病患者由来のオルガノイドを含むモデルで、より強力な接続、より整理されたネットワーク、およびニューロン間のより高度なコミュニケーションを促進することが示されました。さらに、グラフェンは長期にわたっても神経細胞やオルガノイドの構造に損傷を与えないことが証明されており、安全で生体適合性があります。この技術は、神経疾患のモデリングを改善し、AIアプリケーションにおける神経可塑性を高めることで、複雑で予期せぬ問題の解決能力を向上させる可能性があります。