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(noticias nanowerk) Un equipo de científicos de la Universidad de Wisconsin-Madison ha desarrollado el primer tejido cerebral impreso en 3D que puede crecer y funcionar como un tejido cerebral típico.
Se trata de un logro con importantes implicaciones para los científicos que estudian el cerebro y trabajan en tratamientos para una amplia gama de trastornos neurológicos y del neurodesarrollo como el Alzheimer y el Parkinson.
«Este podría ser un modelo extremadamente poderoso para ayudarnos a comprender cómo se comunican las células cerebrales y partes del cerebro en los humanos», dice Su-Chun Zhang, profesor de neurociencia y neurología en el Centro Waisman de la Universidad de Washington en Madison. «Podría cambiar la forma en que vemos la biología de las células madre, la neurociencia y la patogénesis de muchas enfermedades neurológicas y psiquiátricas».
Los métodos de impresión han limitado el éxito de intentos anteriores de imprimir tejido cerebral, según Zhang y Yuanwei Yan, científico del laboratorio de Zhang. El grupo detrás del nuevo proceso de impresión 3D describió su método en la revista célula madre (“Bioimpresión 3D de tejido neuronal humano con conectividad funcional”).
En lugar de utilizar el enfoque tradicional de impresión 3D de apilar capas verticalmente, los investigadores optaron por hacerlo horizontalmente. Colocaron células cerebrales, neuronas cultivadas a partir de células madre pluripotentes inducidas, en un gel de «tinta biológica» más suave que en experimentos anteriores.
«El tejido todavía tiene suficiente estructura para mantenerse unido, pero es lo suficientemente suave como para que las neuronas crezcan unas dentro de otras y se comuniquen entre sí», dice Zhang.
Las celdas se colocan una al lado de la otra como lápices uno al lado del otro sobre una mesa.
«Nuestro tejido sigue siendo relativamente delgado y esto facilita que las neuronas obtengan suficiente oxígeno y nutrientes del medio de crecimiento», dice Yan.
Los resultados hablan por sí solos, es decir, las células pueden comunicarse entre sí. Las células impresas penetran en el medio y forman conexiones dentro de cada capa impresa y entre capas, formando redes comparables a los cerebros humanos. Las neuronas se comunican, envían señales, interactúan entre sí a través de neurotransmisores e incluso forman redes adecuadas con células de soporte agregadas al tejido impreso.
«Imprimimos la corteza cerebral y el cuerpo estriado y lo que encontramos fue bastante impresionante», dice Zhang. «Incluso si imprimiéramos diferentes células de diferentes partes del cerebro, aún podrían comunicarse entre sí de maneras muy especiales y específicas».
La técnica de impresión ofrece precisión (control sobre el tipo y disposición de las células) que no se encuentra 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 neurona en cualquier momento. Luego podremos montarlos casi en cualquier momento y de la forma que queramos”, afirma Zhang. “Como podemos imprimir específicamente el tejido, podemos tener un sistema definido para estudiar cómo funciona nuestra red cerebral humana. Podemos observar de cerca cómo las células nerviosas se comunican entre sí bajo ciertas condiciones porque podemos imprimir exactamente lo que queremos”.
Esta característica especial ofrece flexibilidad. 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 vecino afectado por la enfermedad de Alzheimer, probar nuevos candidatos a fármacos o incluso observar el crecimiento del cerebro.
“En el pasado, a menudo solo nos fijábamos en una cosa, lo que significaba que a menudo omitíamos algunos componentes críticos. Nuestro cerebro funciona en redes. Queremos imprimir tejido cerebral de esta manera porque las células no funcionan de forma independiente. Hablan entre ellos. Así es como funciona nuestro cerebro y es necesario estudiarlo de esta manera para comprenderlo verdaderamente”, afirma Zhang. “Nuestro tejido cerebral podría usarse para estudiar casi todos los aspectos importantes en los que están trabajando muchas personas en el Centro Waisman. Puede utilizarse para estudiar los mecanismos moleculares que subyacen al desarrollo del cerebro, el desarrollo humano, los trastornos del desarrollo, los trastornos neurodegenerativos y más”.
La nueva tecnología de impresión también debería ser accesible para muchos laboratorios. No se requieren equipos de bioimpresión ni métodos de cultivo especiales para mantener el tejido sano, y puede examinarse en detalle utilizando microscopios, técnicas de imagen estándar y electrodos que ya se utilizan comúnmente en la práctica.
Sin embargo, los investigadores quieren explorar el potencial de especialización, mejorando aún más su biotinta y refinando sus equipos para permitir alineaciones específicas de células en su tejido impreso.
«En este momento nuestra impresora es una impresora de escritorio comercial», dice Yan. «Podemos realizar algunas mejoras específicas que nos ayudarán a imprimir ciertos tipos de tejido cerebral a pedido».
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