El cerebro humano es una CPU orgánica exquisitamente compleja, hecha de billones de conexiones entre muchos miles de millones de neuronas. Comprender un órgano tan complicado es una tarea científica masiva, y los investigadores a menudo usan modelos simplificados para descubrir pequeñas piezas del rompecabezas neurológico.
en un informe publicado en Micromáquinas , los investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio describen su nuevo método para crear uno de estos modelos, utilizando placas microscópicas para conectar las neuronas juntas una célula a la vez.
La investigación en el cerebro generalmente implica el uso de cultivos in vitro, que son colecciones de neuronas cultivadas juntas en un plato. Un cultivo representa, en efecto, una versión muy reducida de un cerebro, y una que puede ser químicamente omanipulado eléctricamente. Si bien los cultivos son indispensables para la investigación neurológica, sufren limitaciones considerables.
"Los modelos de cultivo in vitro son herramientas esenciales porque se aproximan a redes neuronales relativamente simples y son controlables experimentalmente", explica el primer autor del estudio Shotaro Yoshida. "Estos modelos han sido fundamentales para el campo durante décadas. El problema es que son muydifícil de controlar, ya que las neuronas tienden a hacer conexiones aleatorias entre sí. Si podemos encontrar métodos para sintetizar redes de neuronas de una manera más controlada, es probable que estimule grandes avances en nuestra comprensión del cerebro ".
Los investigadores aprovecharon los conocimientos recientes sobre cómo se comportan las neuronas; a saber, que las formas geométricas pueden ayudar a guiar a las neuronas, diciéndoles dónde y cómo crecer. En este caso, el equipo utilizó un material sintético adhesivo de neuronas para hacer una placa microscópicaLa placa es circular con dos rectángulos sobresalientes, algo parecidos a un cordón en una cuerda apretada. Descubrieron que esta forma guía a las neuronas a crecer de una manera muy definida: cuando se coloca en la microplaca, el cuerpo celular de una neurona se asienta en el círculo, mientras queel axón y las dendritas, las ramas que permiten que las neuronas se comuniquen entre sí, crecen a lo largo de los rectángulos.
"Lo que era especialmente importante en este sistema era tener control sobre cómo se conectaban las neuronas", agrega Yoshida. "Diseñamos las microplacas para que fueran móviles, de modo que al empujarlas, pudiéramos mover físicamente dos neuronas justo al lado de cada unaotro. Una vez que los colocamos juntos, podríamos probar si las neuronas podían transmitir una señal ".
Las neuronas se comunican entre sí a través de sinapsis, estructuras especializadas que permiten que los mensajeros químicos viajen de una neurona a la siguiente. Utilizando una técnica para visualizar las partes de una sinapsis, el equipo de investigación descubrió que las neuronas que manejan las microplacas eran capaces de formarseestos centros de comunicación. Además, los centros funcionaban: cuando una neurona se iluminaba con iones cargados eléctricamente, su compañero se iluminaba exactamente al mismo tiempo.
Si bien el equipo tiene como objetivo refinar aún más el sistema solo una pequeña fracción de las neuronas podría conectarse con éxito a través de sinapsis de trabajo, los resultados del estudio sugieren un importante paso adelante en el uso de microplacas para la investigación.
"Esta es, según nuestro conocimiento, la primera vez que se utiliza una microplaca móvil para influir morfológicamente en las neuronas y formar conexiones funcionales", concluye el investigador principal Shoji Takeuchi. "Creemos que la técnica eventualmente nos permitirá diseñar diseños simplesmodelos de redes neuronales con resolución unicelular. Es una perspectiva emocionante, ya que abre muchas nuevas vías de investigación que no son posibles con nuestro conjunto actual de herramientas experimentales ".
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Materiales proporcionado por Instituto de Ciencias Industriales, Universidad de Tokio . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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