Desarrollan un biotipo capaz de producir tejidos neurales tridimensionales (3D) que simulan el cerebro humano y permiten un estudio más preciso de enfermedades neurodegenerativas como el Parkinson. y la enfermedad de Alzheimer.
André Julião | Agência FAPESP
La idea es reproducir el funcionamiento del sistema nervioso central con mayor fidelidad que la adoptada en los estudios actuales en placas de cultivo, con un solo tipo de célula y en formato bidimensional (2D), o en ratones, que, a pesar de La proximidad del genoma al humano no tiene cerebros tan complejos.
La biotinta se usará en una bioimpresora 3D, que imprime varias capas para formar una estructura similar a un tejido o un órgano. Esta tecnología ha sido probada por muchos grupos de investigación en todo el mundo. En el futuro, se espera que se usen para trasplantes.
Por ahora, estos órganos en miniatura se pueden usar como modelos experimentales para probar medicamentos y estudiar mecanismos relacionados con el desarrollo de enfermedades. Entre las pruebas ya realizadas por grupos de Brasil y del extranjero, la bioimpresión de células cerebrales es la más difícil, dada la complejidad del sistema nervioso central, compuesto por diferentes células que interactúan entre sí, de una manera que aún es poco conocida.
«La idea de este estudio es tener un modelo tridimensional, más complejo y más cercano a un modelo in vivo , en el que podamos estudiar los mecanismos celulares de las enfermedades neurodegenerativas», dijo Bruna Alice Gomes de Melo (foto), quien realiza una pasantía postdoctoral en Escola Paulista Unifesp Medical School (EPM) con una beca FAPESP .
El trabajo fue presentado durante la 34a Reunión Anual de la Federación de Sociedades de Biología Experimental (FeSBE), celebrada en Campos do Jordão en septiembre de 2019, y es parte de un proyecto apoyado por FAPESP a través de un Proyecto Temático , que acaba de ser aprobado
“La bioimpresión se encuentra en una etapa muy temprana en todo el mundo. Dentro de lo que se está haciendo, lo más común es la bioimpresión de cartílago y hueso, dos tejidos con una estructura más simple y, por lo tanto, más fáciles de trabajar. Con el tejido neural, hasta ahora se ha logrado muy poco ”, dijo Marimélia Porcionatto , profesora de EPM-Unifesp y supervisora de investigación.
Los investigadores explican que la bioimpresión de los tejidos neurales es diferente del modelo organoide, realizado por el grupo de investigadores Stevens Rehens, del Instituto de Investigación y Enseñanza D’Or, en Río de Janeiro, por ejemplo.
Aunque también es tridimensional, el organoide se genera a través de la autoorganización de las células de pluripotencia inducida (iPSC). Debido a esto, el organoide tiene un tamaño limitado porque las células en el centro comienzan a morir por una deficiencia en el intercambio de gases y el aporte de nutrientes.
“En la bioimpresión 3D, porque está hecha en capas y con un material poroso, hay un mayor intercambio de gases y entrada de nutrientes en las células. Además, podemos trabajar para vascularizar este tejido, permitiendo vivir más tiempo ”, dijo Porcionatto.
Vascularización
En las primeras pruebas realizadas por el grupo Unifesp, se utilizaron diferentes proporciones de gelatina (hecha de colágeno, presente en órganos humanos) y alginato, una sustancia a base de algas que se sabe que es biocompatible. Ambos tienen la ventaja de que son lo suficientemente pastosos como para pasar a través de la aguja de la impresora 3D y solidificarse poco después de ser depositados en una superficie.
Mientras que el colágeno le da firmeza a la bioimpresión, el alginato es poroso, lo que permite que las células proliferen, lo cual es esencial para obtener algo cercano al tejido real. En las pruebas realizadas, la proporción de gelatina al 5% fue la más prometedora.
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La idea de los investigadores es imprimir la mezcla en diferentes capas. Cada uno tendría células diferentes, en primer lugar astrocitos, neuroblastos y células endoteliales. Los astrocitos son las células más grandes y abundantes en el sistema nervioso central. Los neuroblastos, a su vez, son células precursoras de las neuronas.
Las células endoteliales son las que forman los vasos sanguíneos. Impresos en forma tubular, simulan la presencia de vasos. Hoy en día, la vascularización es uno de los mayores impedimentos para la bioimpresión de órganos, porque sin que la sangre circule y transporte oxígeno y nutrientes, el órgano no puede funcionar.
“En la bioimpresión, lo más difícil de hacer hoy es la vascularización y la inervación. Lo que se está haciendo actualmente es una estructura tipo jarrón. Intentemos imitar la llamada barrera hematoencefálica, que separa la sangre del tejido nervioso ”, dijo Melo.
Para esto, los investigadores también utilizarán técnicas de microfluidos, que permiten el paso de pequeños volúmenes de líquido en el tejido bioimpreso.
Origen
Aún así, el tejido nervioso es mucho más complejo que la gelatina con neuronas, astrocitos y algo de líquido que circula entre ellos. Incluso si los próximos pasos en la investigación incluyen el uso de otras células cerebrales en la biotinta, es necesario comprender la interacción entre ellas y cómo se forman para que la función cerebral pueda reproducirse.
Por lo tanto, el grupo tiene la intención de imitar los llamados nichos neurogénicos, donde se forman las células madre neurales, que dan lugar a las otras células del sistema nervioso central. En el cerebro, los nichos neurogénicos se encuentran en partes como el hipocampo y la zona subventricular. La idea de los investigadores es biomprimir las llamadas células madre neuroepiteliales, las células madre neurales más primordiales, y observar cómo forman las otras células.
Para tener esta formación, se agregarán diferentes factores morfogénicos a la biotinta, como se llaman las proteínas y péptidos que se sabe que dan identidad a las células.
“Hay varios factores al mismo tiempo. Dependiendo de dónde esté una célula, obtiene más o menos de un factor dado. Si agregamos diferentes concentraciones de estas proteínas y péptidos, podemos entender cómo se diferencian las células ”, dijo Porcionatto.