Los investigadores utilizaron células madre neurales humanas para imprimir tridimensionalmente tejido cerebral funcional que imita la estructura de la corteza cerebral, la capa más externa del cerebro. Esta innovadora tecnología promete proporcionar reparación personalizada de lesiones cerebrales.Nuestros cerebros tienen estructuras delicadas y complejas que pueden resultar dañadas por traumatismos, accidentes cerebrovasculares, epilepsia y cirugía de extirpación de tumores, lo que genera dificultades con la comunicación, el movimiento y la cognición. Las células madre implantadas tienen el potencial de regenerar el tejido cerebral dañado, pero hasta ahora, utilizar células madre para reconstruir la estructura cerebral ha sido difícil.
En un nuevo estudio, investigadores de la Universidad de Oxford utilizaron la impresión 3D de células madre neurales humanas para crear un tejido cerebral de doble capa que se integró estructural y funcionalmente con el tejido cerebral de ratones.
Linna Zhou, una de las autoras correspondientes del estudio, dijo: "Nuestra tecnología de impresión de gotas proporciona una manera de diseñar tejidos vivos tridimensionales con la estructura deseada, lo que nos acerca a la creación de terapias de implantes personalizadas para lesiones cerebrales".
Las células madre pluripotentes inducidas por humanos (hiPSC) tienen un gran potencial en la terapia de regeneración de tejidos. Son células madre artificiales derivadas de células somáticas que han sido reprogramadas genéticamente a un estado similar al de las células madre embrionarias, lo que les otorga la capacidad única de diferenciarse en cualquier tipo de célula del cuerpo.
En el estudio actual, los investigadores primero diferenciaron las hiPSC en dos tipos de células progenitoras neurales, que se utilizan para formar las capas superiores y más profundas de la corteza cerebral. Estas células progenitoras específicas de capas se utilizaron para crear dos biotintas y se imprimieron en tejidos en capas utilizando tecnología de impresión de gotas tridimensionales. Se permitió que las células progenitoras impresas maduraran y se controló su crecimiento y actividad durante una semana antes de que el tejido en capas se implantara en tejido cerebral de ratón vivo.
El tejido implantado mostró una estrecha integración con las células cerebrales del ratón, incluida la formación de procesos neuronales (los procesos similares a dedos que conducen y transmiten señales nerviosas) y la migración de neuronas a través de la frontera entre el implante y el huésped. Las células implantadas también mostraron actividad de señalización asociada con las células huésped, lo que indica que las células se comunicaban entre sí y mostraban integración funcional y estructural.
Zoltán Molnár, otro autor correspondiente del estudio, dijo: "El desarrollo del cerebro humano es un proceso sutil y delicado con una orquestación compleja. Sería ingenuo pensar que podemos reproducir todo el proceso de desarrollo celular en el laboratorio. Sin embargo, nuestro proyecto de impresión 3D muestra que hemos logrado avances sustanciales en el control del destino y la disposición de las iPSC humanas para formar las unidades funcionales básicas de la corteza cerebral".
Dado que la corteza cerebral humana tiene hasta seis capas de células nerviosas, los investigadores planean mejorar la tecnología de impresión de gotas tridimensionales para crear tejidos multicapa más complejos para simular de manera más realista las estructuras cerebrales. Además de que el tejido impreso podría usarse para reparar daños cerebrales, dicen que también podría usarse para pruebas de drogas, investigaciones sobre el desarrollo del cerebro y mejorar nuestra comprensión de la cognición.
Jin Yongcheng, el primer autor del estudio, dijo: "Este progreso marca un paso importante en nuestros esfuerzos por crear materiales con la estructura y función completas del tejido cerebral natural. Este trabajo brindará una oportunidad única para explorar los principios de funcionamiento de la corteza cerebral humana y, a largo plazo, traerá esperanza a los pacientes con lesión cerebral".
La investigación fue publicada en la revista Nature Communications.