Una técnica innovadora algún día podría proporcionar reparaciones personalizadas para personas con lesiones cerebrales

Una técnica innovadora desarrollada por investigadores de la Universidad de Oxford algún día podría proporcionar reparaciones personalizadas para quienes sufren lesiones cerebrales. Los investigadores demostraron por primera vez que las células neuronales se pueden imprimir en 3D para imitar la arquitectura de la corteza cerebral. Los resultados han sido publicados hoy en la revista. Comunicaciones de la naturaleza.

Las lesiones cerebrales, incluidas las causadas por traumatismos, accidentes cerebrovasculares y cirugías para tumores cerebrales, suelen provocar daños importantes en la corteza cerebral (la capa externa del cerebro humano), lo que provoca dificultades en la cognición, el movimiento y la comunicación. Por ejemplo, cada año, alrededor de 70 millones de personas en todo el mundo sufren lesiones cerebrales traumáticas (LCT), y 5 millones de estos casos son graves o mortales. Actualmente, no existen tratamientos eficaces para las lesiones cerebrales graves, lo que provoca graves repercusiones en la calidad de vida.

Las terapias regenerativas de tejidos, especialmente aquellas en las que los pacientes reciben implantes derivados de sus propias células madre, podrían ser una ruta prometedora para tratar las lesiones cerebrales en el futuro. Sin embargo, hasta ahora no existe ningún método que garantice que las células madre implantadas imiten la arquitectura del cerebro.

En este nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Oxford fabricaron un tejido cerebral de dos capas mediante la impresión 3D de células madre neurales humanas. Cuando se implantaron en cortes de cerebro de ratón, las células mostraron una integración estructural y funcional convincente con el tejido huésped.

Este avance marca un paso significativo hacia la fabricación de materiales con la estructura y función completa de los tejidos cerebrales naturales. El trabajo brindará una oportunidad única para explorar el funcionamiento de la corteza humana y, a largo plazo, ofrecerá esperanza a las personas que sufren lesiones cerebrales”.

Dr. Yongcheng Jin, autor principal, Departamento de Química, Universidad de Oxford

La estructura cortical fue hecha de humanos. células madre pluripotentes inducidas (hiPSC), que tienen el potencial de producir los tipos de células que se encuentran en la mayoría de los tejidos humanos. Una ventaja clave del uso de hiPSC para la reparación de tejidos es que pueden derivarse fácilmente de células extraídas de los propios pacientes y, por lo tanto, no desencadenarían una respuesta inmune.

Las hiPSC se diferenciaron en células progenitoras neurales para dos capas diferentes de la corteza cerebral, mediante el uso de combinaciones específicas de factores de crecimiento y sustancias químicas. Luego, las células se suspendieron en una solución para generar dos “biotintas”, que luego se imprimieron para producir una estructura de dos capas. En cultivo, los tejidos impresos mantuvieron su arquitectura celular en capas durante semanas, como lo indica la expresión de biomarcadores específicos de cada capa.

Cuando los tejidos impresos se implantaron en cortes de cerebro de ratón, mostraron una fuerte integración, como lo demuestra la proyección de procesos neuronales y la migración de neuronas a través del límite implante-huésped. Las células implantadas también mostraron actividad de señalización, que se correlacionaba con la de las células huésped. Esto indica que las células humanas y de ratón se comunicaban entre sí, demostrando una integración funcional y estructural.

Los investigadores ahora pretenden perfeccionar aún más la técnica de impresión de gotas para crear complejos tejidos de corteza cerebral de múltiples capas que imiten de manera más realista la arquitectura del cerebro humano. Además de su potencial para reparar lesiones cerebrales, estos tejidos diseñados podrían usarse en la evaluación de fármacos, estudios del desarrollo del cerebro y para mejorar nuestra comprensión de las bases de la cognición.

El nuevo avance se basa en la trayectoria de una década del equipo en la invención y patente de tecnologías de impresión 3D para tejidos sintéticos y células cultivadas.

La autora principal, la Dra. Linna Zhou (Departamento de Química de la Universidad de Oxford), afirmó: “Nuestra técnica de impresión de gotas proporciona un medio para diseñar tejidos vivos en 3D con las arquitecturas deseadas, lo que nos acerca a la creación de tratamientos de implantación personalizados para lesiones cerebrales”.

El autor principal, profesor asociado Francis Szele (Departamento de Fisiología, Anatomía y Genética, Universidad de Oxford), añadió: “El uso de cortes de cerebro vivos crea una poderosa plataforma para interrogar la utilidad de la impresión 3D en la reparación del cerebro. Se trata de un puente natural entre el estudio in vitro del desarrollo de columnas corticales impresas en 3D y su integración en el cerebro en modelos animales de lesiones.»

El autor principal, el profesor Zoltán Molnár (Departamento de Fisiología, Anatomía y Genética de la Universidad de Oxford), dijo: “El desarrollo del cerebro humano es un proceso delicado y elaborado con una coreografía compleja. Sería ingenuo pensar que podemos recrear toda la progresión celular en el laboratorio. No obstante, nuestro proyecto de impresión 3D demuestra un progreso sustancial en el control de los destinos y la disposición de las iPSC humanas para formar las unidades funcionales básicas de la corteza cerebral.’

El autor principal, el profesor Hagan Bayley (Departamento de Química de la Universidad de Oxford), afirmó: “Este esfuerzo futurista sólo podría haberse logrado gracias a las interacciones altamente multidisciplinarias fomentadas por la Martin School de Oxford, en la que participaron tanto el Departamento de Química de Oxford como el Departamento de Fisiología, Anatomía y Genética.’