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Imprimen en 3D el primer tejido cerebral humano del mundo con conexiones funcionales
La técnica de impresión ofreció un mejor control sobre los tipos y la disposición de las células que el obtenido en los organoides cerebrales utilizados para estudiar el cerebro.
Un equipo de neurocientíficos de la Universidad de Wisconsin-Madison desarrolló el primer tejido neuronal impreso en 3D que puede crecer y funcionar como un tejido cerebral típico. El tejido obtenido puede desarrollarse y formar conexiones de la misma manera que el tejido cerebral humano real. Este notable logro proporciona una nueva herramienta para estudiar mejores formas de tratar enfermedades neurológicas y trastornos neurodegenerativos
"Este podría ser un modelo enormemente poderoso para ayudarnos a comprender cómo se comunican las células cerebrales y partes del cerebro en los humanos", comentó el profesor Su-Chun Zhang, jefe del laboratorio. "Podría cambiar la forma en que vemos la biología de las células madre, la neurociencia y la patogénesis de muchos trastornos neurológicos y psiquiátricos".
Un novedoso método
En lugar de utilizar el enfoque tradicional de impresión 3D de apilar capas celulares verticalmente y que ha limitado el éxito de intentos anteriores, los investigadores optaron esta vez por hacerlo horizontalmente. De esta manera, situaron neuronas obtenidas a partir de células madre inducidas, en un gel de 'tinta biológica' más suave que el que se había utilizado en intentos anteriores. "El tejido todavía tiene suficiente estructura para mantenerse unido, pero es lo suficientemente suave como para permitir que las neuronas crezcan unas con otras y comiencen a comunicarse entre sí", explicó Zhang.
Los autores revelaron que de esta forma las células quedan ubicadas una al lado de la otra como lápices colocados uno al lado del otro sobre una mesa. "Nuestro tejido se mantiene relativamente delgado y esto facilita que las neuronas obtengan suficiente oxígeno y suficientes nutrientes del medio de crecimiento", señaló Yan Yuanwei, colaborador del estudio. El método fue descrito la semana pasada en Cell Stem Cell.
Resultados positivos
Los investigadores comentaron que las células impresas de esta manera pudieron atravesar el medio para comunicarse entre sí formando conexiones dentro de cada capa impresa, así como entre capas. Estas redes constituidas fueron comparables a los cerebros humanos. Las neuronas se comunicaron, enviaron señales, interactuaron entre sí a través de neurotransmisores e incluso formaron redes adecuadas con células de soporte que se agregaron al tejido impreso.
"Imprimimos la corteza cerebral y el cuerpo estriado y lo que encontramos fue bastante sorprendente", apuntó Zhang. "Incluso cuando imprimimos diferentes células pertenecientes a diferentes partes del cerebro, aún podían comunicarse entre sí de una manera muy especial y específica", añadió.
Mejor que los organoides celulares
La técnica de impresión ofreció una precisión (control sobre los tipos y la disposición de las células) que no se obtiene en los organoides cerebrales, órganos en miniatura utilizados para estudiar el cerebro. Los organoides crecen con menos organización y control.
"Nuestro laboratorio es muy especial porque podemos producir prácticamente cualquier tipo de neuronas en cualquier momento. Luego podemos unirlas casi en cualquier momento y de la forma que queramos", subrayó Zhang. "Como podemos imprimir el tejido por diseño, podemos tener un sistema definido para observar cómo funciona nuestra red cerebral humana. Podemos observar de manera muy específica cómo las células nerviosas se comunican entre sí bajo ciertas condiciones porque podemos imprimir exactamente lo que queremos", puntualizó.
Perspectivas de empleo
Los autores señalan que la especificidad del método proporciona flexibilidad de empleo de estos tejidos. El tejido cerebral impreso podría usarse para estudiar la señalización entre células en el síndrome de Down, las interacciones entre el tejido sano y el tejido próximo afectado por la enfermedad de Alzheimer, probar nuevos candidatos a fármacos o incluso observar el crecimiento del cerebro.
"Nuestro cerebro opera en redes. Queremos imprimir tejido cerebral de esta manera porque las células no funcionan por sí mismas. Hablan entre ellas. Así es como funciona nuestro cerebro y hay que estudiarlo en conjunto para entenderlo realmente", explicó Zhang.
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