Los investigadores de la Universidad de Harvard han desarrollado un cerebro en un chip multirregional que modela la conectividad entre tres regiones distintas del cerebro. El modelo in vitro se utilizó para caracterizar ampliamente las diferencias entre las neuronas de diferentes regiones del cerebro y para imitarla conectividad del sistema.
La investigación fue publicada en el Revista de Neurofisiología .
"El cerebro es mucho más que neuronas individuales", dijo Ben Maoz, coautor del artículo y becario postdoctoral del Grupo de Biofísica de Enfermedades de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard SEAS."Se trata de los diferentes tipos de células y la conectividad entre diferentes regiones del cerebro. Al modelar el cerebro, debe poder recapitular esa conectividad porque hay muchas enfermedades diferentes que atacan esas conexiones".
"Aproximadamente el veintiséis por ciento del presupuesto de atención médica de los Estados Unidos se gasta en trastornos neurológicos y psiquiátricos", dijo Kit Parker, profesor de la familia Tarr de Bioingeniería y Física Aplicada en SEAS y miembro de la facultad central del Instituto Wyss de Ingeniería Biológicamente Inspiradaen la Universidad de Harvard: "Las herramientas para apoyar el desarrollo de terapias para aliviar el sufrimiento de estos pacientes no solo es lo humano, sino que es el mejor medio para reducir este costo".
Investigadores del Grupo de Biofísica de Enfermedades de SEAS y el Instituto Wyss modelaron tres regiones del cerebro más afectadas por la esquizofrenia: la amígdala, el hipocampo y la corteza prefrontal.
Comenzaron por caracterizar la composición celular, la expresión de proteínas, el metabolismo y la actividad eléctrica de las neuronas de cada región in vitro.
"No es sorprendente que las neuronas en distintas regiones del cerebro sean diferentes, pero es sorprendente cuán diferentes son", dijo Stephanie Dauth, coautora del artículo y ex becaria postdoctoral en el Grupo de Biofísica de Enfermedades ".descubrió que la relación de tipo celular, el metabolismo, la expresión de proteínas y la actividad eléctrica difieren entre las regiones in vitro. Esto demuestra que sí marca la diferencia con las neuronas de la región del cerebro con las que está trabajando ".
Luego, el equipo observó cómo cambian estas neuronas cuando se comunican entre sí. Para ello, cultivaron células de cada región de forma independiente y luego dejaron que las células establecieran conexiones a través de vías guiadas incrustadas en el chip.
Luego, los investigadores midieron nuevamente la composición celular y la actividad eléctrica y descubrieron que las células cambiaron drásticamente cuando estuvieron en contacto con neuronas de diferentes regiones.
"Cuando las células se comunican con otras regiones, la composición celular del cultivo cambia, la electrofisiología cambia, todas estas propiedades inherentes de las neuronas cambian", dijo Maoz. "Esto muestra lo importante que es implementar diferentes regiones cerebrales enmodelos in vitro, especialmente cuando se estudia cómo las enfermedades neurológicas afectan las regiones conectadas del cerebro ".
Para demostrar la eficacia del chip en el modelado de enfermedades, el equipo dopaba diferentes regiones del cerebro con el medicamento clorhidrato de fenciclidina, comúnmente conocido como PCP, que simula la esquizofrenia. El cerebro en un chip permitió a los investigadores por primera vezEs hora de analizar tanto el impacto del fármaco en las regiones individuales como su efecto aguas abajo en las regiones interconectadas in vitro.
El cerebro en un chip podría ser útil para estudiar cualquier número de enfermedades neurológicas y psiquiátricas, incluida la adicción a las drogas, el trastorno de estrés postraumático y la lesión cerebral traumática.
"Hasta la fecha, el proyecto Connectome no ha reconocido todas las redes en el cerebro", dijo Parker. "En nuestros estudios, estamos demostrando que la red de matriz extracelular es una parte importante para distinguir las diferentes regiones del cerebro y que, posteriormente, los procesos fisiológicos y fisiopatológicos en estas regiones del cerebro son únicos. Este avance no solo permitirá el desarrollo de terapias, sino también conocimientos fundamentales sobre cómo pensamos, sentimos y sobrevivimos ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas de Harvard . Original escrito por Leah Burrows. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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