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Nuevo sistema mejora el crecimiento de las neuronas en regeneración

En todo el mundo, varios millones de personas cada año sufren lesiones en la médula espinal. Este tipo de lesiones rompen los vínculos de comunicación entre el cerebro y el cuerpo, reduciendo el movimiento y la sensación y, en el peor de los casos, pueden provocar parálisis.

Ahora, investigadores de la Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa (OIST) en Japón han utilizado una nueva técnica para crear andamios 3D que pueden guiar a las neuronas en regeneración en la dirección correcta. Los andamios, que se describieron en la revista Materials Science and Engineering: C, proporcionan una prueba de concepto que los investigadores esperan que algún día se pueda utilizar para diseñar una estructura que ayude a reconectar las neuronas lesionadas dentro de la médula espinal humana.

El andamio, fotografiado con un microscopio electrónico, está diseñado estructuralmente para ayudar a guiar las neuronas en regeneración. Imagen A: barra de escala = 100 µm. Imagen B: barra de escala = 1 µm.

El profesor Marco Terenzio, quien dirige la Unidad de Neurociencia Molecular en OIST. Explicó que si bien los nervios periféricos, como los de los dedos y las piernas, pueden curarse por sí mismos con relativa facilidad, la mayoría de las neuronas del sistema nervioso central, el cerebro y la médula espinal, no tienen este nivel de potencial regenerativo.

Cuando las neuronas se reparan a sí mismas, este proceso no ocurre de forma aislada. En cambio, las neuronas dependen de una matriz extracelular, una estructura fibrosa que proporciona apoyo y señales químicas para que las neuronas crezcan correctamente. Pero hasta ahora, las limitaciones tecnológicas han impedido que los andamios que pueden imitar con precisión la textura de la matriz extracelular se fabriquen a una escala lo suficientemente grande para una lesión de la médula espinal.

En el estudio, los científicos recurrieron a una técnica de fabricación de vanguardia, llamada litografía de 2 fotones, que les dio un control más preciso sobre la estructura completa en comparación con los métodos de impresión estándar.

La máquina de impresión Nanoscribe utiliza litografía de 2 fotones para imprimir y luego endurecer el polímero para formar estructuras diseñadas específicamente.

Los investigadores utilizaron software de computadora para diseñar primero andamios con surcos y hendiduras que promovían el crecimiento direccional de las neuronas. Las neuronas generalmente crecen radialmente, extendiéndose desde un punto central, explicó el profesor Terenzio, pero en las lesiones que cortan una conexión, crecer en línea recta para unir los dos lados es más eficiente.

Luego, los investigadores construyeron diferentes andamios utilizando un polímero llamado IP-Dip. Este material se endurece en respuesta a la luz de un láser, que se dispara en posiciones específicas según el esquema. El exceso de polímero no endurecido se eliminó luego por lavado al final para revelar la estructura final.

Cuando los investigadores estudiaron las propiedades del material de los andamios, encontraron que el polímero endurecido era térmica y mecánicamente estable.

Las neuronas se convirtieron con éxito en un andamio y se obtuvieron imágenes usando un microscopio confocal. Las neuronas están coloreadas según su profundidad en el andamio.

Los investigadores también probaron si la estructura era biocompatible, mediante el cultivo de neuronas de ratón cultivadas a partir de los ganglios de la raíz dorsal, un grupo de neuronas que se encuentra cerca de la médula espinal y transmite la sensación al cerebro. El equipo también probó la estructura con neuronas motoras de ratón, que se encuentran en la médula espinal y son responsables de la contracción muscular y el consiguiente movimiento. Ambos tipos de neuronas pudieron adherirse y crecer sobre los andamios.

Los investigadores diseñaron uno de los andamios para que fuera más poroso, para alentar a las neuronas a crecer en la estructura, así como en la parte superior.

El equipo también planea experimentar con diferentes materiales y diseños de andamios que podrían funcionar mejor para otros tipos de lesiones.

Sin embargo, reconocieron los investigadores, la tecnología es actualmente prohibitivamente cara para la mayoría de los laboratorios de investigación, y la máquina puede tardar días en imprimir andamios de tamaño suficiente.

Más información: Universidad de Graduados del Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa – OIST

3D confocal images of neurons on scaffold:

One thought on “Nuevo sistema mejora el crecimiento de las neuronas en regeneración

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