SALUD Y MEDICINA


Mini-cerebros en 3D para descubrir los misterios cerebrales

23/03/2021

CATEGORíA: Laboratorio científico

Un equipo de científicos, dirigido por investigadores de Shirley Ryan AbilityLab, la Universidad Northwestern y la Universidad de Illinois, en Chicago, ha desarrollado una tecnología novedosa que promete aumentar la comprensión de cómo se desarrollan los cerebros y ofrecer respuestas sobre la reparación del mismo a raíz de neurotraumas y enfermedades neurodegenerativas.


© Jesse orrico / Unsplash

 

Su investigación, publicado en la revista Science Advances, es la primera en combinar los sistemas bioelectrónicos tridimensionales más sofisticados con cultivos neuronales humanos tridimensionales altamente avanzados, con el objetivo de permitir estudios precisos de cómo se desarrollan y reparan los circuitos cerebrales humanos in vitro.

 

Los esferoides corticales utilizados en el estudio, similares a los "mini cerebros", se derivaron de células madre pluripotentes inducidas por humanos. Aprovechando un sistema de interfaz neuronal 3-D que desarrolló el equipo, los científicos pudieron crear un "mini laboratorio en un plato" diseñado específicamente para estudiar los mini-cerebros y recopilar diferentes tipos de datos simultáneamente. Los científicos incorporaron electrodos para registrar la actividad eléctrica. Agregaron pequeños elementos calefactores para mantener calientes los cultivos cerebrales o, en algunos casos, sobrecalentaron intencionalmente los cultivos para estresarlos. También incorporaron pequeñas sondas, como sensores de oxígeno y pequeñas luces LED, para realizar experimentos optogenéticos. Por ejemplo, introdujeron genes en las células que les permitieron controlar la actividad neuronal utilizando pulsos de luz de diferentes colores.

 

Luego, esta plataforma permitió a los científicos realizar estudios complejos de tejido humano sin involucrar directamente a los humanos o realizar pruebas invasivas. En teoría, cualquier persona podría donar una cantidad limitada de sus células (por ejemplo, muestra de sangre, biopsia de piel). Luego, los científicos pueden reprogramar estas células para producir un pequeño esferoide cerebral que comparte la identidad genética de la persona. Los autores creen que, al combinar esta tecnología con un enfoque de medicina personalizada que utiliza cultivos cerebrales derivados de células madre humanas, podrán obtener conocimientos más rápidamente y generar intervenciones mejores y novedosas.

 

"Los avances impulsados ​​por esta investigación ofrecerán una nueva frontera en la forma en que estudiamos y entendemos el cerebro", afirma el Dr. Franz de Shirley Ryan AbilityLab, coautor principal del artículo que dirigió las pruebas de los esferoides corticales. "Ahora que se ha desarrollado y validado la plataforma 3-D, podremos realizar estudios más específicos en nuestros pacientes que se recuperan de una lesión neurológica o luchan contra una enfermedad neurodegenerativa".

 

Yoonseok Park, PhD, becario postdoctoral en la Universidad Northwestern y coautor principal, agregó: “Este es solo el comienzo de una clase completamente nueva de sistemas bioelectrónicos tridimensionales miniaturizados que podemos construir para expandir la capacidad del campo de la medicina regenerativa. Por ejemplo, nuestra próxima generación de dispositivos apoyará la formación de circuitos neuronales aún más complejos desde el cerebro al músculo, y tejidos cada vez más dinámicos como un corazón que late".

 

Las matrices de electrodos actuales para cultivos de tejidos son 2-D, planas e incapaces de coincidir con los diseños estructurales complejos que se encuentran en la naturaleza, como los que se encuentran en el cerebro humano. Además, incluso cuando un sistema es 3-D, es extremadamente difícil incorporar más de un tipo de material en una pequeña estructura 3-D. Sin embargo, con este avance, se ha adaptado toda una clase de dispositivos bioelectrónicos tridimensionales para el campo de la medicina regenerativa.

 

"Ahora, con nuestra electrónica pequeña y blanda en 3-D, la capacidad de construir dispositivos que imitan las complejas formas biológicas que se encuentran en el cuerpo humano es finalmente posible, proporcionando una comprensión mucho más holística de una cultura", apunta el Dr. John de la Universidad de Northwestern. Rogers, quien dirigió el desarrollo tecnológico utilizando tecnología similar a la que se encuentra en teléfonos y computadoras. "Ya no tenemos que comprometer la función para lograr la forma óptima de interactuar con nuestra biología".

 

Como siguiente paso, los científicos utilizarán los dispositivos para comprender mejor las enfermedades neurológicas, probar medicamentos y terapias que tienen potencial clínico y comparar diferentes modelos de células derivadas de pacientes. Esta comprensión permitirá una mejor comprensión de las diferencias individuales que pueden explicar la amplia variación de los resultados observados en la rehabilitación neurológica.

 

"Como científicos, nuestro objetivo es hacer que la investigación de laboratorio sea lo más relevante clínicamente posible", comenta Kristen Cotton, asistente de investigación en el laboratorio del Dr. Franz. "Esta plataforma 3-D abre la puerta a nuevos experimentos, descubrimientos y avances científicos en la medicina de neurorrehabilitación regenerativa que nunca han sido posibles".

 

Fuente: www.sralab.org

 

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