Un escrupuloso guardián se interpone entre el cerebro y su sistema circulatorio para dejar entrar lo bueno y evitar lo malo, pero este portero, llamado barrera hematoencefálica, también bloquea los medicamentos de prueba para tratar enfermedades como el Alzheimer o el cáncer.cerebro.
Ahora, un equipo dirigido por investigadores del Instituto de Tecnología de Georgia ha diseñado una forma de estudiar la barrera más de cerca con la intención de ayudar a los desarrolladores de medicamentos a hacer lo mismo. En un nuevo estudio, los investigadores cultivaron la barrera hematoencefálica humana enun chip, recreando su fisiología de manera más realista que los chips anteriores.
El nuevo chip ideó un entorno saludable para el componente central de la barrera, una célula cerebral llamada astrocito, que no es una neurona, pero que actúa como intercesores de las neuronas con el sistema circulatorio. Los astrocitos se conectan en el cerebro humano con las células en la vasculaturallamó a las células endoteliales para colaborar con ellas como barrera hematoencefálica.
Pero los astrocitos son un compañero particularmente quisquilloso, lo que los convierte en una gran parte del sistema gatekeeper, pero también es un desafío para el cultivo de una manera fisiológicamente precisa. El nuevo chip satisfizo la sensibilidad de los astrocitos al cultivar en 3D en lugar de hacerlo de manera plana,o 2D.
El espacio 3D permitió que los astrocitos actuaran de forma más natural, y esto mejoró todo el modelo de barrera al permitir que las células endoteliales cultivadas funcionen mejor. El nuevo chip presentó a los investigadores con funciones de barrera hematoencefálica más saludables para observar que en modelos de barrera anteriores.
'Astro' en astrocitos
"Debe poder imitar estrechamente un tejido en un chip en un estado saludable y en homeostasis. Si no podemos modelar el estado saludable, tampoco podemos modelar la enfermedad, porque no tenemos un control preciso paracompárelo ", dijo YongTae Kim, profesor asociado de la Escuela de Ingeniería Mecánica George W. Woodruff de Georgia Tech y el investigador principal del estudio.
En el nuevo chip, los astrocitos incluso se veían más naturales en el espacio 3D, desplegando la forma de estrella que les da su nombre de "astro". En las culturas 2D, por el contrario, los astrocitos parecían huevos fritos con flecos. ConEn esta configuración 3D, el chip ha agregado posibilidades para una investigación confiable de la barrera hematoencefálica humana, donde actualmente hay pocas alternativas.
"Ningún modelo animal se acerca lo suficiente a la intrincada función de la barrera hematoencefálica humana. Y necesitamos mejores modelos humanos porque las drogas experimentales que han ingresado exitosamente en los cerebros animales han fallado en la barrera humana", dijo Kim.
El equipo publicó sus resultados el 10 de enero de 2020 en la revista Comunicaciones de la naturaleza . La investigación fue financiada por los Institutos Nacionales de Salud. Kim ha fundado una compañía con planes de producir en masa el nuevo chip en el futuro para su uso en investigaciones académicas y potencialmente farmacéuticas.
Choque, astrocitos mandones
El cerebro es la única parte del cuerpo equipada con astrocitos, que regulan la absorción de nutrientes y la eliminación de desechos de una manera única y única.
"A pedido del cerebro, los astrocitos colaboran con la vasculatura en tiempo real lo que el cerebro necesita y abre sus puertas para dejar entrar solo ese poco de agua y nutrientes. Los astrocitos van a obtener lo que el cerebro necesita y no dejanmucho más adentro ", dijo Kim.
Los astrocitos forman una estructura de proteína llamada aquaporina-4 en sus membranas que están en contacto con la vasculatura para permitir la entrada y salida de moléculas de agua, lo que también contribuye a eliminar los desechos del cerebro.
"En chips anteriores, no se observó expresión de aquaporin-4. Este chip fue el primero", dijo Kim. "Esto podría ser importante en la investigación de la enfermedad de Alzheimer porque aquaporin-4 es importante para eliminar la proteína basura descompuesta delcerebro."
Uno de los coautores del estudio, el Dr. Allan Levey de la Universidad de Emory, un investigador muy citado en medicina neurológica, está interesado en el potencial del chip para combatir el Alzheimer. Otro, el Dr. Tobey McDonald, también de Emory, investiga el cerebro pediátricocáncer y está interesado en las posibilidades del chip para estudiar la entrega de posibles tratamientos para el cáncer cerebral.
barrera que actúa saludable
Los astrocitos también dieron señales de que eran más saludables en los cultivos 3D del chip que en los cultivos 2D al expresar menos de un gen desencadenado por la patología.
"Los astrocitos en cultivo 2D expresaron niveles significativamente más altos de LCN2 que aquellos en 3D. Cuando cultivamos en 3D, era solo alrededor de un cuarto", dijo Kim.
El estado más saludable también hizo que los astrocitos sean más capaces de mostrar una reacción inmune.
"Cuando confrontamos deliberadamente el astrocito con el estrés patológico en una cultura 3D, obtuvimos una reacción más clara. En 2D, el estado fundamental ya era menos saludable, y luego la reacción al estrés patológico no fue tan clara. Esta diferenciapodría hacer que la cultura 3D sea muy interesante para los estudios de patología "
suministro de nanopartículas
En las pruebas relacionadas con la administración de medicamentos, las nanopartículas se movieron a través de la barrera hematoencefálica después de activar los receptores de células endoteliales, lo que provocó que estas células engullen las partículas y luego las transporten a lo que estaría dentro del cerebro humano en un entorno natural.parte de cómo las células endoteliales funcionaban mejor cuando se conectaban a astrocitos cultivados en 3D.
"Cuando inhibimos el receptor, la mayoría de las nanopartículas no entraron. Ese tipo de prueba no funcionaría en modelos animales debido a imprecisiones entre especies entre animales y humanos", dijo Kim. "Este fue un ejemplode cómo este nuevo chip puede permitirle estudiar la barrera hematoencefálica humana para la entrega potencial de medicamentos de la manera que no puede hacerlo en modelos animales "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Instituto de Tecnología de Georgia . Original escrito por Ben Brumfield. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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