Ingenieros hacen un modelo de cerebro 3D Gooey de Silk, gel de colágeno

El cerebro es uno de los tejidos más importantes del cuerpo, pero es muy difícil de estudiar en humanos vivos. Mientras que los cerebros hechos en un laboratorio pueden ser una reminiscencia de los villanos de la película de terror, los investigadores de la Universidad de Tufts han creado un modelo funcional de gel cerebral que por primera vez imita las respuestas de los cerebros vivos reales. Un modelo funcional de tejido cerebral tridimensional acerca a los investigadores un paso más para comprender qué está sucediendo en nuestra materia gris.

En un estudio publicado hoy en Proceedings de la Academia Nacional de Ciencias (PNAS), los investigadores de Tufts informan que su modelo cerebral reacciona de manera similar a la estimulación eléctrica y química como un cerebro humano vivo. El cerebro 3D también puede durar varios meses, una vida útil mucho más larga que los modelos anteriores.

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El modelo está hecho de geles de matriz extracelular (ECM), andamios de seda y células cerebrales llamadas neuronas. Si bien el diseño es básico, proporciona un plan sólido para funciones cerebrales más complejas.

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" Con base en la arquitectura y las funciones del cerebro, tratamos de emular o imitar estas características en los diseños de biomateriales, las células y el sistema, ", Dijo el autor principal del estudio David Kaplan, profesor y presidente del departamento de ingeniería biomédica de Tufts, en un correo electrónico a Healthline .

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Para desarrollar el modelo, los investigadores examinaron muchos tipos diferentes de geles y esponjas, en combinación y solos. "Examinamos los geles solos, las esponjas solamente y las variantes de cada uno de estos, así como el sistema de combinación que encontramos que funcionó mejor", dijo Kaplan.

Para estos investigadores, fabricar tejido humano no es un proceso nuevo. "Todo esto emulado por nuestros estudios de larga data sobre diseños de biomateriales para capturar la estructura, la morfología, la química y la mecánica necesarias para que coincidan con las necesidades de cultivo de células y tejidos en 3D", dijo Kaplan.

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El tejido cerebral 3D resultante está hecho de andamiaje basado en proteínas de seda, compuesto de ECM y neuronas corticales, las células que conforman lo que comúnmente se conoce como la sustancia gris del cerebro. "Para el sistema cerebral, no estábamos seguros de qué tan bien se formaría la conectividad y qué tan bien se mostrarían las funciones, pero estas resultaron bien debido a los diseños de biomateriales y la integración general del sistema", dijo Kaplan.

Los investigadores primero probaron la respuesta del tejido cerebral a la estimulación eléctrica. Luego, observaron el impacto de dejar caer un peso sobre el modelo, simulando una lesión cerebral traumática (TBI). Al igual que un cerebro real, el modelo libera glutamato, un producto químico que se sabe que se acumula después de un TBI.

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Cerebros del futuro

Las futuras pruebas del modelo cerebral podrían examinar los efectos de los medicamentos en el cerebro, así como otros tipos de trauma. El modelo 3D también podría usarse para explorar la disfunción cerebral.

"Creemos que tiene un amplio potencial en muchas áreas de la investigación cerebral, incluidos estudios de drogas, disfunción cerebral, traumatismos y reparaciones, el impacto de la nutrición o la toxicología en el estado y las funciones de la enfermedad, etc.", dijo Kaplan.

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Al igual que con cualquier modelo, este material de gelatina cerebral podría beneficiarse de nuevas modificaciones.

"Vemos muchas direcciones para ir con esto, basándonos en lo que hemos hecho como punto de partida", dijo Kaplan. Las modificaciones podrían incluir agregar más complejidad para emular mejor la función cerebral y extender la vida útil del modelo a seis meses para estudiar el desarrollo lento de enfermedades neurológicas como el Alzheimer.

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