Investigadores de la Universidad de Illinois en Urbana-Champaign han utilizado con éxito células madre para diseñar tejido nervioso biohíbrido vivo para desarrollar modelos 3D de redes neuronales con la esperanza de comprender mejor cómo funcionan el cerebro y estas redes.
El primer autor, Gelson Pagan-Diaz-Diaz, compara el tejido producido con una unidad de procesamiento de computadora, que proporcionó el principio básico de la supercomputadora de hoy. Pagan-Diaz es un estudiante graduado en el grupo del profesor Rashid Bashir en el Departamento de Bioingenieríaen el Grainger College of Engineering. Bashir es también el decano del College. "Ser capaz de formar tejido tridimensional que consiste en neuronas puede darnos la capacidad de desarrollar modelos de tejido para la detección de drogas o unidades de procesamiento para computadoras biológicas".Díaz dijo.
El cerebro es difícil de estudiar en una persona real, pero ser capaz de comprender cómo se desarrollan estas redes usando un modelo 3D fuera del cuerpo promete dar a los investigadores una nueva herramienta para comprender mejor cómo funciona. Estos modelos podrán ayudarentienda cómo se forman las anormalidades, por ejemplo, qué da lugar a enfermedades como el Alzheimer.
El equipo pudo dar geometría 3D al tejido vivo hecho de neuronas que optogenética, para que pudieran activarse con luz azul. Estos tejidos podrían usarse para estudiar comportamientos complejos que ocurren en el cerebro y cómo estos tejidos reaccionan con los nuevosmedicamentos en desarrollo. También podría significar menos dependencia de los animales para probar estos medicamentos en el futuro.
"Si podemos controlar cómo se comunican estas neuronas entre sí, si podemos entrenarlas usando optogenética, si podemos programarlas, entonces podemos usarlas para realizar funciones de ingeniería", dijo Bashir. "En el futuro, nuestra esperanzaes que al poder diseñar estos tejidos neurales, podemos comenzar a realizar unidades de procesamiento biológico y computadoras biológicas, similares al cerebro ".
El proyecto fue financiado a través de un Centro de Ciencia y Tecnología NSF EBICS Comportamientos Emergentes de Sistemas Celulares Integrados y publicado este mes en las Actas de la Academia Nacional de Ciencias. Fue inspirado por el trabajo realizado hace cinco años en el desarrollo de los músculos en funcionamiento,donde los investigadores en el laboratorio de Bashir desarrollaron biobots que pueden caminar cuando son estimulados con electricidad o luz.
Este nuevo trabajo fue realizado por un equipo interdisciplinario compuesto por Pagan-Diaz, Bashir, Karla Ramos-Cruz de bioingeniería, Richard Sam de la Escuela de Biología Molecular y Celular, Mikhail Kandel y el Prof. Gabriel Popescu de ingeniería eléctrica e informática, yOnur Aydin y el profesor Taher Saif de la ciencia mecánica y la ingeniería.
En este estudio, el equipo desarrolló imitaciones de tejido neural que pueden formar diferentes formas. El equipo usó hidrogeles y fibrina para hacer estructuras a escala de milímetro a centímetro que no tienen andamios rígidos y se pueden moldear en varias formas deseadas.
"Es un paquete de cientos a miles de micras de células que contiene muchas poblaciones con una composición genética similar a los tejidos in vivo", explicó Pagan-Díaz. "A medida que continuamos desarrollando estos métodos de biofabricación, deberíamoscapaz de capturar muchos de los fenómenos que ocurren in vivo. Una vez que podamos demostrarlo, podremos imitar la morfología que vemos en el cerebro. Una vez que demostremos que el tejido diseñado fuera del cuerpo es similar al tejido enel cuerpo, entonces podemos fabricarlos una y otra vez "
Además de las pruebas de drogas, el equipo está especialmente interesado en poder recapitular la forma en que estas redes podrían desarrollar el aprendizaje y la memoria.
"Poder fabricar estos imitadores de tejidos fuera del cuerpo nos permite caracterizar y estudiar su actividad eléctrica con gran detalle", enfatizó Pagan-Diaz. "El amplio conjunto de reglas de diseño debido a la estructura y las formas 3D le da muchomás libertad experimental y abrir nuevas vías de investigación en neurociencia, medicina y aplicaciones de ingeniería ".
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Facultad de Ingeniería de la Universidad de Illinois . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
Referencia del diario :
Cita esta página :