Los científicos han creado “organoides” cerebrales durante años, pero los diminutos cultivos cultivados en laboratorio tienen limitaciones. Uno de los problemas más frustrantes es la falta de control sobre su diseño, que a menudo limita la funcionalidad y el uso de un organoide. Aunque los investigadores sospecharon durante mucho tiempo que la impresión 3D podría ofrecer una solución, hasta ahora la solución ha resultado difícil e ineficaz. Sin embargo, un nuevo avance en la producción podría resolver la barrera de larga data y algún día ofrecer nuevas formas de explorar tratamientos para enfermedades como el Parkinson y el Alzeheimer.
Como se detalla en el nuevo número de la revista Célula madre celular, investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison han desarrollado un novedoso método de impresión 3D para crear cultivos que crecen y funcionan de manera similar al tejido cerebral. Si bien la impresión 3D tradicional implica colocar capas de “biotinta” verticalmente como un pastel, el equipo encargó a su máquina que imprimiera horizontalmente, como si estuviera jugando al dominó.
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Como Nuevo Atlas explica, los investigadores colocaron neuronas cultivadas a partir de células madre pluripotentes (aquellas capaces de convertirse en múltiples tipos de células diferentes) dentro de un nuevo gel de biotinta elaborado con fibrinógeno y trombina, biomateriales involucrados en la coagulación de la sangre. Luego, agregar otros hidrogeles ayudó a aflojar la biotinta para resolver los 3 encontrados durante experimentos anteriores con tejidos impresos en 3D.
Según Su-Chun Zhang, líder de investigación y profesor de neurociencia y neurología de UW-Madison, el tejido resultante es lo suficientemente resistente como para mantener su estructura, pero también lo suficientemente maleable como para permitir niveles adecuados de oxígeno y ingesta de nutrientes para las neuronas.
“El tejido todavía tiene suficiente estructura para mantenerse unido, pero es lo suficientemente suave como para permitir que las neuronas crezcan unas dentro de otras y comiencen a comunicarse entre sí”, explica Zhang en un perfil universitario reciente.
Debido a su construcción horizontal, las nuevas células del tejido formaron conexiones no sólo dentro de cada capa, sino también a través de ellas, de forma muy similar a las neuronas humanas. Las nuevas estructuras podrían interactuar gracias a la producción de neurotransmisores e incluso crearon redes de células de soporte dentro del tejido impreso en 3D.
En estos experimentos, el equipo imprimió cultivos de corteza cerebral y de cuerpo estriado. Aunque responsable de funciones muy diferentes: la primera asociada con el pensamiento, el lenguaje y el movimiento voluntario; este último vinculado a información visual: los dos tejidos impresos en 3D aún podrían comunicarse, “de una manera muy especial y específica”. Zhang dijo.
Los investigadores creen que su técnica no se limita a crear sólo esos dos tipos de culturas, sino que hipotéticamente “prácticamente cualquier tipo de neuronas [sic] en cualquier momento”, según Zhang. Esto significa que el método de impresión 3D podría eventualmente ayudar a estudiar cómo las partes sanas del cerebro interactúan con las partes afectadas por la enfermedad de Alzheimer, examinando las vías de señales celulares en el síndrome de Down, así como usar tejido para probar nuevos medicamentos.
“Nuestro cerebro opera en redes”, explicó Zhang. “Queremos imprimir tejido cerebral de esta manera porque las células no funcionan por sí solas. Hablan entre ellos. Así es como funciona nuestro cerebro y hay que estudiarlo todos juntos para entenderlo realmente”.