La Universidad de Monash busca que en un futuro los pacientes puedan recibir tratamientos personalizados para enfermedades neurodegenerativas y otras lesiones cerebrales, basándose en modelos de su propio tejido. La impresión en 3D de redes de células neuronales ofrece una alternativa para realizar estudios que definan un antes y después.
Científicos de la Universidad de Monash en Melbourne, Australia, han impreso redes neuronales vivas, compuestas de células cerebrales de rata, que parecen madurar y comunicarse como lo hacen los cerebros de animales y humanos.
Los investigadores quieren crear minicerebros porque en un futuro podrían ofrecer una alternativa viable a las pruebas con animales en ensayos de fármacos y estudios de la función cerebral básica.
A principios de 2023, el Congreso de EE. UU. aprobó un proyecto de ley de gasto anual que insta a los científicos a reducir el uso de animales en investigaciones financiadas con fondos federales, tras la firma de la Ley de Modernización 2.0 de la Administración de Alimentos y Medicamentos de EE. UU., brindando alternativas de alta tecnología en la seguridad de los medicamentos.
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Las empresas farmacéuticas podrían aplicar medicamentos en teoría, a minicerebros impresos en 3D. No obstante quedan complejidades que resolver antes de que esto pase de la prueba de concepto a la práctica de laboratorio estándar.
Para acercarse a la verdadera estructura del cerebro, los investigadores pueden convencer a un grupo de células madre para que se organicen en tejidos tridimensionales llamados organoides, pero no pueden controlar completamente cómo crecen.
Con la impresión 3D, los investigadores pueden cultivar células en patrones específicos encima de electrodos de registro, otorgándoles un grado de control experimental normalmente reservado para cultivos de células planas.
Sin embargo, debido a que la estructura es lo suficientemente blanda como para permitir que las células migren y se reorganicen en el espacio 3D, se obtienen algunas de las ventajas del enfoque organoide, imitando más fielmente la estructura del tejido normal.
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«Tienes lo mejor de ambos mundos», explica Michael Moore, profesor de ingeniería biomédica en la Universidad de Tulane en Nueva Orleans, Luisiana, que no participó en este estudio.
John Forsythe, profesor de ciencia e ingeniería de materiales del equipo de Monash, afirma que «Hacer un gel que sea tan suave como el cerebro, pero que aún pueda imprimirse con una impresora 3D, es realmente difícil».
Así, se han construido redes neuronales cruzando capa por capa, apilando ocho capas verticales alternando entre biotintas con y sin células. Esta estructura dio a las células acceso fácil a los nutrientes del gel mientras imitaba la alternancia entre materia gris y blanca en la corteza, donde la materia gris contiene cuerpos celulares neuronales y la materia blanca contiene los largos axones que los conectan.
En colaboración con Helena Parkington, fisióloga de la Universidad de Monash, el equipo creó tejidos cerebrales que contienen no solo neuronas, sino también astrocitos , oligodendrocitos y microglía que ayudan a las neuronas a mantenerse sanas y formar conexiones.
A medida que maduraron, las neuronas impresas en 3D extendieron sus largos axones a través de capas libres de células para llegar a otras células, permitiéndoles comunicarse entre sí a través de capas como lo hacen en la corteza.
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Cuando se trata de posibles aplicaciones biomédicas, como el descubrimiento de fármacos y el estudio de enfermedades neurodegenerativas, las redes neuronales son tan valiosas como funcionales.
Cabe notar que estas redes neuronales se crearon a partir de células de rata, pero «es una prueba de concepto que muestra que eventualmente se puede hacer esto con células humanas», asevera Stephanie Willerth, profesora de ingeniería biomédica de la Universidad de Victoria en Canadá.
La esperanza de los científicos es que futuros experimentos repliquen este nivel de función en células humanas y que estos modelos de redes neuronales puedan usarse en investigación y Medicina Traslacional.
Imagen: K_E_N
