Un equipo de investigadores dirigidos por la Universidad de Tufts ha desarrollado modelos tridimensionales 3D de cultivo de tejidos humanos para el sistema nervioso central que imitan las características estructurales y funcionales del cerebro y demuestran la actividad neuronal sostenida durante un período de muchos meses.La capacidad de poblar una matriz 3D de proteína de seda y colágeno con células de pacientes con enfermedad de Alzheimer, enfermedad de Parkinson y otras afecciones, los modelos de tejido permiten la exploración de las interacciones celulares, la progresión de la enfermedad y la respuesta al tratamiento.los modelos se informan hoy en Ciencia e ingeniería de biomateriales de ACS , una revista de la American Chemical Society.
Los nuevos modelos 3D de tejido cerebral superan un desafío clave de los modelos anteriores: la disponibilidad de neuronas de origen humano. Esto se debe al hecho de que los tejidos neurológicos rara vez se extirpan de pacientes sanos y, por lo general, solo están disponibles post mortem de pacientes enfermos.En cambio, los modelos de tejido 3D se pueblan con células madre pluripotentes inducidas por humanos iPSC que pueden derivarse de muchas fuentes, incluida la piel del paciente. Las iPSC se generan al hacer retroceder el reloj del desarrollo celular a sus precursores de tipo embrionario.volver a marcar a cualquier tipo de célula, incluidas las neuronas.
Los modelos 3D de tejido cerebral fueron el resultado de un esfuerzo de colaboración entre la ingeniería y las ciencias médicas e incluyeron investigadores de la Facultad de Ingeniería de la Universidad de Tufts, la Facultad de Medicina de la Universidad de Tufts, la Escuela de Ciencias Biomédicas de Graduados Sackler en Tufts y el Laboratorio Jackson.
"Encontramos las condiciones adecuadas para lograr que los iPSC se diferencien en varios subtipos neuronales diferentes, así como en astrocitos que soportan las redes neuronales en crecimiento", dijo David L. Kaplan, Ph.D., Profesor de Ingeniería de la Familia Stern, presidente del Departamento de Ingeniería Biomédica en la Escuela de Ingeniería de Tufts y miembro del profesorado del programa en la Escuela Sackler de Ciencias Biomédicas de Graduados en Tufts. "Los andamios de seda y colágeno proporcionan el entorno adecuado para producir células con las firmas genéticas y la señalización eléctrica encontradasen tejidos neuronales nativos "
En comparación con las células en crecimiento y cultivo en dos dimensiones, la matriz tridimensional produce una mezcla significativamente más completa de células que se encuentran en el tejido neural, con la morfología y expresión apropiadas de receptores y neurotransmisores, según el documento.
Otros han usado iPSCs para crear organoides similares al cerebro, que son estructuras esféricas pequeñas y densas útiles para comprender el desarrollo y la función del cerebro, pero que aún pueden dificultar descubrir qué están haciendo las células individuales en tiempo real. Además, las células en elel centro de los organoides puede no recibir suficiente oxígeno o nutrientes para funcionar en un estado nativo. La estructura porosa de los cultivos de tejidos 3D descritos en este estudio proporciona una amplia oxigenación, acceso para nutrientes y medición de propiedades celulares. Una ventana clara en el centro deCada matriz 3D permite a los investigadores visualizar el crecimiento, la organización y el comportamiento de las células individuales.
"El crecimiento de las redes neuronales es sostenido y muy consistente en los modelos de tejido 3D, ya sea que usemos células de individuos sanos o células de pacientes con enfermedad de Alzheimer o Parkinson", dijo William Cantley, Ph.D., graduado de 2018 delPrograma de Biología Celular, Molecular y del Desarrollo en la Escuela Sackler de Ciencias Biomédicas de Graduados en Tufts y primer autor del estudio, que se completó como parte de su tesis doctoral ". Eso nos da una plataforma confiable para estudiar diferentes enfermedades y enfermedades.la capacidad de observar lo que les sucede a las células a largo plazo "
Los investigadores están mirando hacia el futuro para aprovechar más los modelos de tejido 3D con técnicas de imagen avanzadas y la adición de otros tipos de células, como la microglia y las células endoteliales, para crear un modelo más completo del entorno cerebral y las interacciones complejasque están involucrados en la señalización, el aprendizaje y la plasticidad y la degeneración.
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Materiales proporcionados por Universidad de Tufts . Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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