Los científicos hacen creer a las neuronas que están dentro de un cerebro vivo
Las neuronas, células esenciales del cerebro, forman intrincadas redes de intercambio de señales que permiten el aprendizaje y la adaptación. Investigadores de la Universidad Tecnológica de Delft (Países Bajos) han creado un entorno impreso en 3D que se asemeja mucho al tejido cerebral real. Utilizando pilares a nanoescala, reproducen la estructura blanda y fibrosa que sostiene las neuronas. Esta innovación proporciona un modelo más preciso para estudiar cómo se conectan las neuronas, lo que podría mejorar nuestra comprensión de afecciones neurológicas como el Alzheimer, el Parkinson y los trastornos del espectro autista.
Imitación del entorno natural del cerebro
Las neuronas, como todas las células, responden a su entorno. Las placas de Petri tradicionales, al ser planas y rígidas, no reproducen la blanda matriz extracelular del cerebro. Para solucionar este problema, el profesor Angelo Accardo y su equipo diseñaron matrices de nanopilares utilizando la polimerización de dos fotones, una técnica de impresión 3D de alta precisión.
Estos nanopilares -cada uno miles de veces más fino que un cabello humano- están dispuestos como bosques en miniatura. Al ajustar su anchura y altura, los investigadores ajustaron sus propiedades mecánicas, creando un entorno que las neuronas perciben como blando.
«Esta configuración induce a las neuronas a ‘pensar’ que están en un tejido similar al cerebro», explica Accardo. «Aunque el material es rígido, los nanopilares se doblan con el movimiento de las neuronas, imitando la suavidad del tejido cerebral real. Además, las nanoestructuras proporcionan puntos de anclaje similares a las fibras de matriz extracelular del cerebro.» Como resultado, las neuronas crecen y se conectan de forma más natural.
Del crecimiento aleatorio a las redes organizadas
Para probar su modelo, el equipo cultivó tres tipos de neuronas -derivadas de tejido cerebral de ratón o de células madre humanas- en las matrices de nanopilares. En las placas de Petri estándar, las neuronas crecían en direcciones aleatorias. Sin embargo, en las superficies impresas en 3D, los tres tipos formaron redes estructuradas en ángulos específicos.
El estudio, publicado en la revista Advanced Functional Materials, también descubrió cómo las neuronas extienden sus conexiones. «Los conos de crecimiento neuronal -estructuras similares a manos en las puntas de las neuronas en crecimiento- se comportan de forma diferente en superficies planas y en entornos 3D», explica Accardo. «En las superficies planas, se extienden sin una dirección clara, pero en las matrices de nanopilares, extienden proyecciones en forma de dedos en todas direcciones, como lo harían en un cerebro real».
Además, el autor principal, George Flamourakis, descubrió que las neuronas cultivadas en los nanopilares maduraban de forma más eficiente, mostrando niveles más altos de marcadores neuronales clave. Esto sugiere que el modelo no sólo influye en los patrones de crecimiento, sino que también acelera el desarrollo neuronal.
Una nueva herramienta para la investigación de trastornos cerebrales
Si la suavidad es crucial, ¿por qué no utilizar materiales basados en geles? «El problema de los geles, como el colágeno o el Matrigel, es su inconsistencia y la falta de una estructura controlada», explica Accardo. «Nuestras matrices de nanopilares combinan lo mejor de ambos mundos: imitan un entorno suave y natural al tiempo que ofrecen una alta reproducibilidad gracias a su diseño de ingeniería precisa».
Al reproducir mejor el crecimiento y la conectividad neuronales, este modelo podría aportar datos más profundos sobre cómo difieren las redes cerebrales en los trastornos neurológicos. Representa un paso importante hacia una investigación más precisa del cerebro que, en última instancia, permitirá avanzar en los tratamientos de enfermedades como el Alzheimer, el Parkinson y el autismo.
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