Los investigadores han utilizado una técnica novedosa para imprimir en 3D tejido cerebral cuyas células se convirtieron en neuronas funcionales que se comunicaban entre sí en cuestión de semanas. Dicen que el enfoque podría usarse para estudiar cerebros sanos y no saludables, probar medicamentos o simplemente observar cómo se desarrolla el cerebro.
Crear un órgano lo más parecido posible al real es esencial para la investigación que explora la patología de enfermedades y prueba nuevos fármacos. El cerebro presenta desafíos particulares, incluido el hecho de que las neuronas cultivadas en el laboratorio tienen que formar conexiones funcionales y el tejido cerebral necesita soportar una arquitectura compleja pero delicada.
Investigadores de la Universidad de Wisconsin-Madison (UW-Madison) han impreso con éxito tejido cerebral en 3D que crece y funciona como un cerebro típico.
«Este podría ser un modelo enormemente poderoso para ayudarnos a comprender cómo se comunican las células cerebrales y partes del cerebro en los humanos», dijo Su-Chun Zhang, autor correspondiente del estudio. «Podría cambiar la forma en que vemos la biología de las células madre, la neurociencia y la patogénesis de muchos trastornos neurológicos y psiquiátricos».
Los investigadores se propusieron construir tejido neural en capas en el que las células progenitoras neurales (NPC) maduren y formen conexiones (sinapsis) dentro y entre capas manteniendo la estructura. Eligieron un hidrogel de fibrina compuesto principalmente de fibrinógeno y trombina como «biotinta», o biomaterial utilizado para la impresión de tejidos, porque es biocompatible con las células neurales. Tanto el fibrinógeno como la trombina desempeñan un papel en la coagulación de la sangre.
La alta viscosidad del gel de fibrina dificultaba la impresión, por lo que los investigadores lo mezclaron con un hidrogel de ácido hialurónico y observaron que una gran cantidad de NPC colocados en la mezcla sobrevivieron y maduraron. Agregar otro hidrógeno hizo que su biotinta fuera más suave que las utilizadas anteriormente.
En lugar de utilizar el enfoque tradicional de impresión 3D de capas apiladas verticalmente, que requiere una biotinta rígida impresa en capas gruesas, los investigadores crearon tejido estampado imprimiendo una capa delgada o banda de gel con infusión de células junto a otra horizontalmente. Para evitar la mezcla de bandas impresas, se usó trombina como agente reticulante inmediatamente después de depositar la mezcla.
Aunque las células impresas permanecieron dentro de sus capas designadas, las neuronas formaron conexiones sinápticas funcionales dentro y entre las capas entre dos y cinco semanas después de la impresión.
«El tejido todavía tiene suficiente estructura para mantenerse unido, pero es lo suficientemente suave como para permitir que las neuronas crezcan unas en otras y comiencen a comunicarse entre sí», dijo Zhang. «Nuestro tejido se mantiene relativamente delgado y esto facilita que las neuronas obtengan suficiente oxígeno y suficientes nutrientes del medio de crecimiento».
Los investigadores intentaron imprimir tejido cerebral utilizando diferentes combinaciones de células en la biotinta.
«Imprimimos la corteza cerebral y el cuerpo estriado, y lo que encontramos fue bastante sorprendente», dijo Zhang. «Incluso cuando imprimimos diferentes células pertenecientes a diferentes partes del cerebro, aún podían comunicarse entre sí de una manera muy especial y específica».
Xueyan Li/UW-Madison
Los investigadores dicen que su enfoque ofrece precisión sobre los tipos y disposiciones de las células que organoides y otros métodos de impresión no. Y la técnica de impresión no requiere equipos especiales ni métodos de cultivo para mantener el tejido sano, lo que significa que debería ser accesible para muchos laboratorios.
«Nuestro laboratorio es muy especial porque podemos producir prácticamente cualquier tipo de neuronas en cualquier momento», dijo Zhang. “Entonces podemos ensamblarlos casi en cualquier momento y como queramos. 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”.
Hay planes para perfeccionar la biotinta y el equipo para permitir orientaciones celulares específicas dentro del tejido impreso.
«En este momento, nuestra impresora es una impresora de sobremesa comercializada», afirmó el autor principal del estudio, Yuanwei Yan. «Podemos realizar algunas mejoras especializadas que nos ayuden a imprimir tipos específicos de tejido cerebral a pedido».
Los investigadores dicen que su tejido cerebral impreso podría usarse para estudiar la señalización célula-célula en el síndrome de Down, las interacciones entre el tejido sano y el tejido afectado por la enfermedad de Alzheimer, probar nuevos candidatos a fármacos o simplemente observar cómo se desarrolla el cerebro.
«En el pasado, a menudo nos fijamos en una cosa a la vez, lo que significa que a menudo pasamos por alto algunos componentes críticos», dijo Zhang. “Nuestro cerebro opera en redes. Queremos imprimir tejido cerebral de esta manera porque las células no funcionan por sí mismas. Hablan entre ellos. Así es como funciona nuestro cerebro y hay que estudiarlo todos juntos para entenderlo realmente”.
El estudio fue publicado en la revista Célula madre celular.
Fuente: UW-Madison
