Los investigadores han creado el primer tejido cerebral funcional impreso en 3D que puede desarrollarse y formar conexiones del mismo modo que el tejido cerebral humano real
Este notable logro de un equipo de la Universidad de Wisconsin-Madison proporciona a los neurocientíficos una nueva herramienta para estudiar la comunicación entre las células cerebrales y otras partes del cerebro humano, lo que podría conducir a mejores formas de tratar enfermedades como el Alzheimer y el Parkinson.
«Podría cambiar nuestra forma de ver la biología de las células madre, la neurociencia y la patogénesis de muchos trastornos neurológicos y psiquiátricos», afirma el neurocientífico Su-Chun Zhang, autor principal de un nuevo artículo que describe la investigación.
Zhang y su equipo afirman que muchos laboratorios deberían poder utilizar su nuevo método, ya que no necesita equipos especiales de bioimpresión. Además, el tejido es fácil de mantener sano y puede estudiarse con microscopios y otros equipos habituales en la mayoría de los laboratorios.
Vista de reconstrucción en 3D de tejido cerebral impreso con capas teñidas en verde y rojo. (Yan et al., Cell Stem Cell, 2024)
La bioimpresión en 3D -un proceso guiado por ordenador que construye capas de materiales, células y otros componentes para crear estructuras vivas- tiene un enorme potencial para crear tejidos que reproduzcan y, en algunos casos, incluso sustituyan a los auténticos.
«Como podemos imprimir el tejido por diseño, disponemos de un sistema definido para estudiar el funcionamiento de la red cerebral humana», explica Zhang. «Podemos observar de forma muy específica cómo se comunican las células nerviosas entre sí en determinadas condiciones».
Los investigadores explican que, para comprender las redes cerebrales humanas y estudiar la salud y las enfermedades, necesitamos un modelo fiable de tejidos neuronales humanos vivos, ya que los modelos animales no pueden reproducir totalmente la complejidad del cerebro.
Pero es difícil imprimir tejidos cerebrales humanos funcionales y, hasta ahora, la mayoría de los tejidos impresos en 3D carecen de conexiones adecuadas entre las células. Las neuronas deben poder madurar manteniendo intacta la estructura del tejido, y las células de sostén, como los astrocitos, son esenciales para que el tejido funcione correctamente.
Tejido neuronal impreso con biotinta
En intentos anteriores se utilizaron andamios no biodegradables que impedían que las células neuronales migraran con facilidad. En lugar de las habituales capas verticales, el equipo utilizó capas horizontales de neuronas derivadas de células madre pluripotentes inducidas, colocadas en un gel de «biotinta» más blando que en los métodos anteriores.
Sus células de tejido impreso pueden formar redes similares a las cerebrales dentro de las capas y entre ellas en sólo unas semanas. Las neuronas se comunican, envían señales, utilizan neurotransmisores e incluso forman redes con células de soporte añadidas.
«El tejido sigue teniendo la estructura suficiente para mantenerse unido, pero es lo bastante blando como para permitir que las neuronas crezcan unas dentro de otras y empiecen a hablar entre ellas», explica Zhang. «Incluso cuando imprimimos células diferentes pertenecientes a distintas partes del cerebro, seguían siendo capaces de hablar entre sí de una forma muy especial y específica».
Dice que estudiar una cosa a la vez significa perderse componentes cruciales porque el cerebro funciona en red. Imprimir tejido cerebral de esta forma permite observar con más claridad las interacciones celulares.
«Imprimimos la corteza cerebral y el cuerpo estriado y lo que encontramos fue bastante sorprendente», dice Zhang. Descubrieron que los axones que se proyectan en el tejido cerebral impreso reflejan el patrón del cerebro humano, donde las neuronas corticales proyectan axones al cuerpo estriado.
La precisión de este método de impresión en 3D permite controlar los tipos de células y su disposición, a diferencia de los órganos en miniatura cultivados en laboratorio que se utilizan para la investigación cerebral, llamados organoides cerebrales.
Sin embargo, el prototipo no puede controlar la dirección de las neuronas maduras y el tejido impreso carece de la estructura natural de los organoides cerebrales. Pero Zhang y sus colegas afirman que complementa a los organoides como forma útil de estudiar el cerebro en distintas condiciones.
«Puede utilizarse para estudiar los mecanismos moleculares subyacentes al desarrollo cerebral, el desarrollo humano, las discapacidades del desarrollo, los trastornos neurodegenerativos, etc.», explica Zhang.
El equipo espera mejorar su proceso para crear tejidos cerebrales más específicos con células guiables.
REFERENCIA
3D bioprinting of human neural tissues with functional connectivity
Foto: Neuroscience News
