Desarrollan el primer modelo 3D in vitro de tejido neural

Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han utilizado con éxito células madre para diseñar tejidos nerviosos biohíbridos vivos para desarrollar modelos 3D de redes neuronales con la esperanza de comprender mejor cómo funcionan el cerebro y estas redes.

El primer autor, Gelson Pagan-Diaz-Diaz, compara el tejido producido con una unidad de procesamiento de computadora, que proporcionó el principio básico de las supercomputadoras de hoy.

Pagan-Diaz es un estudiante graduado en el grupo del Prof. Rashid Bashir en el Departamento de Bioingeniería en el Grainger College of Engineering.

Bashir es también el decano de la universidad. “Ser capaz de formar tejido tridimensional que consiste en neuronas puede darnos la capacidad de desarrollar modelos de tejido para la detección de drogas o unidades de procesamiento para computadoras biológicas”, dijo Pagan-Díaz.

El cerebro es difícil de estudiar en una persona real, pero ser capaz de comprender cómo se desarrollan estas redes usando un modelo 3D fuera del cuerpo promete brindar a los investigadores una nueva herramienta para comprender mejor cómo funciona.

Estos modelos podrán ayudar a comprender cómo se forman las anormalidades, lo que da lugar a enfermedades como el Alzheimer.

El equipo pudo dar geometría 3D al tejido vivo hecho de neuronas con optogenética, para que pudieran activarse con luz azul.

Estos tejidos podrían usarse para estudiar comportamientos complejos que ocurren en el cerebro y cómo reaccionan estos tejidos con los nuevos fármacos que se están desarrollando.

También podría significar menos dependencia de los animales para probar estos medicamentos en el futuro.

“Si podemos controlar cómo se comunican estas neuronas entre sí, si podemos entrenarlas usando la optogenética, si podemos programarlas, entonces podemos usarlas para realizar funciones de ingeniería”, dijo Bashir.

“En el futuro, nuestra esperanza es que al poder diseñar estos tejidos neurales, podamos comenzar a realizar unidades de procesamiento biológico y computadoras biológicas, similares al cerebro”.

Se inspiró en el trabajo realizado hace cinco años en el desarrollo de músculos funcionales, donde los investigadores del laboratorio de Bashir desarrollaron biobots que pueden caminar cuando se estimulan con electricidad o luz.

En este estudio, el equipo desarrolló imitadores de tejido neural que pueden formar diferentes formas.

El equipo utilizó hidrogeles y fibrina para hacer estructuras a escala de milímetro a centímetro que no tienen andamios rígidos y se pueden moldear en varias formas deseadas.

“Es un paquete de cientos a miles de micras de células que contiene muchas poblaciones con una composición genética similar a los tejidos in vivo”, explicó Pagan-Díaz.

“A medida que continuamos desarrollando estos métodos de biofabricación, deberíamos ser capaces de capturar muchos de los fenómenos que ocurren in vivo.

Una vez que podamos demostrar eso, podremos imitar la morfología que vemos en el cerebro.

Una vez que demostremos que el tejido diseñado fuera del cuerpo es similar al tejido en el cuerpo, entonces podemos fabricarlos una y otra vez “.

Además de las pruebas de drogas, el equipo está especialmente interesado en poder recapitular la forma en que estas redes podrían desarrollar el aprendizaje y la memoria.

“Ser capaz de fabricar estos imitadores de tejidos fuera del cuerpo nos permite caracterizar y estudiar su actividad eléctrica con gran detalle“, enfatizó Pagan-Díaz.

“El amplio conjunto de reglas de diseño debido a la estructura y las formas 3D brinda mucha más libertad experimental y abre nuevas vías de investigación en neurociencia, medicina e ingeniería”.

Fuente: Noticias de la Ciencia