La vida está plagada de patrones. Es común que los seres vivos creen una serie repetitiva de características similares a medida que crecen: piense en plumas que varían ligeramente en longitud en el ala de un pájaro o pétalos más cortos y largos en una rosa.
Resulta que el cerebro no es diferente. Mediante el empleo de microscopía avanzada y modelos matemáticos, los investigadores de Stanford han descubierto un patrón que gobierna el crecimiento de las neuronas o células cerebrales. Reglas similares podrían guiar el desarrollo de otras células dentro del cuerpo y comprenderpodrían ser importantes para la bioingeniería exitosa de tejidos y órganos artificiales.
Su estudio, publicado en Física de la naturaleza , se basa en el hecho de que el cerebro contiene muchos tipos diferentes de neuronas y que se necesitan varios tipos trabajando en conjunto para realizar cualquier tarea. Los investigadores querían descubrir los patrones de crecimiento invisibles que permiten que los tipos correctos de neuronas se organicen enlas posiciones correctas para construir un cerebro.
"¿Cómo se organizan las células con funciones complementarias para construir un tejido funcional?", Dijo el coautor del estudio Bo Wang, profesor asistente de Bioingeniería. "Elegimos responder esa pregunta estudiando un cerebro porque comúnmente se suponía queel cerebro era demasiado complejo para tener una regla de diseño simple. Nos sorprendimos a nosotros mismos cuando descubrimos que, de hecho, existía dicha regla ".
El cerebro que eligieron para examinar pertenecía a un gusano plano, de un milímetro de largo que puede volver a crecer una cabeza nueva cada vez que se amputa. Primero, Wang y Margarita Khariton, un estudiante graduado en su laboratorio, usaron manchas fluorescentes para marcar diferentes tiposde neuronas en el gusano plano. Luego utilizaron microscopios de alta resolución para capturar imágenes de todo el cerebro, neuronas brillantes y todo, y analizaron los patrones para ver si podían extraer de ellos las reglas matemáticas que guían su construcción.
Lo que descubrieron fue que cada neurona está rodeada por aproximadamente una docena de vecinos similares a sí misma, pero que entre ellos hay otros tipos de neuronas. Esta disposición única significa que ninguna neurona se encuentra al ras de su gemelo, al tiempo que permite diferentes tiposde neuronas complementarias para estar lo suficientemente cerca como para trabajar juntas para completar tareas.
Los investigadores descubrieron que este patrón se repite una y otra vez en todo el cerebro del gusano plano para formar una red neuronal continua. Los coautores del estudio, Jian Qin, profesor asistente de ingeniería química, y el investigador postdoctoral Xian Kong desarrollaron un modelo computacional para mostrar queEsta compleja red de vecindarios funcionales proviene de la tendencia de las neuronas a agruparse lo más cerca posible sin estar demasiado cerca de otras neuronas del mismo tipo.
Si bien los neurocientíficos podrían algún día adaptar esta metodología para estudiar los patrones neuronales en el cerebro humano, los investigadores de Stanford creen que la técnica podría aplicarse de manera más útil al campo emergente de la ingeniería de tejidos.
La idea básica es simple: los ingenieros de tejidos esperan inducir a las células madre, las poderosas células de uso general de las que derivan todos los tipos de células, a crecer en las diversas células especializadas que forman un hígado, riñón o corazón. Pero los científicos necesitaránpara organizar esas diversas células en los patrones correctos si quieren que el corazón lata.
"La cuestión de cómo los organismos se convierten en formas que llevan a cabo funciones útiles ha fascinado a los científicos durante siglos", dijo Wang. "En nuestra era tecnológica, no estamos limitados a comprender estos patrones de crecimiento a nivel celular, sino que también podemos encontrar formasimplementar estas reglas para aplicaciones de bioingeniería "
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Escuela de Ingeniería de Stanford . Original escrito por Tom Abate. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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