El nuevo diseño del andamio mejora el crecimiento de las neuronas en regeneración
El andamio, fotografiado con un microscopio electrónico, está diseñado estructuralmente para ayudar a guiar las neuronas en regeneración. Imagen A: barra de escala = 100 m. Imagen B: barra de escala = 1 m. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
En todo el mundo, varios millones de personas cada año sufren lesiones en la médula espinal. Este tipo de lesiones rompen los enlaces 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, los 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 pueda usarse para diseñar una estructura que ayude a reconectar las neuronas lesionadas dentro de la médula espinal humana. /p>
«Actualmente, la regeneración de neuronas dañadas en la médula espinal es un verdadero desafío», dijo 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 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.
«Solo unos pocos tipos de neuronas en la columna vertebral tienen una capacidad limitada para sanar», continuó el Prof. Terenzio. «Y además de eso, es posible que las neuronas necesiten crecer hasta varios milímetros, y puede haber tejido cicatricial en el camino. Por lo tanto, debemos proporcionar un andamio artificial para ayudar a las neuronas y cerrar la brecha».
La máquina de impresión Nanoscribe utiliza litografía de 2 fotones para imprimir y luego endurecer el polímero para formar estructuras diseñadas específicamente. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa.
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 brinda 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 como para lesionar la médula espinal.
En el estudio, los científicos recurrieron a un estado: 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.
«Funciona un poco como la impresión 3D, pero a la inversa». explicó el Prof. Terenzio. «En lugar de construir depositando material donde se necesita, la estructura se crea eliminando material».
Los investigadores usaron software de computadora para diseñar primero andamios con surcos y hendiduras que promovían el crecimiento direccional de las neuronas. Las neuronas suelen crecer 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.
Los investigadores lograron cultivar neuronas sensoriales. encima de los andamios, visualizados aquí usando un microscopio confocal. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
Luego, los investigadores construyeron diferentes andamios usando 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. Luego, el exceso de polímero no endurecido se lavó al final para revelar la estructura final.
Cuando los investigadores estudiaron las propiedades del material de los andamios, descubrieron que el polímero endurecido era térmica y mecánicamente estable.
Los investigadores también probaron si la estructura era biocompatible, cultivando neuronas de ratón 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 dentro de la estructura, así como por encima.
Las neuronas se convirtieron con éxito en un andamio y se tomaron imágenes usando un microscopio confocal. Las neuronas están coloreadas según su profundidad en el andamio. Crédito: Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa
«Descubrimos que las neuronas podían penetrar todas las capas del andamio, lo cual fue muy emocionante de ver», dijo el profesor Terenzio. «El próximo objetivo es utilizar este diseño como plantilla para desarrollar andamios futuros que podrían usarse para experimentos in vivo en ratones».
El equipo también planea experimentar con diferentes materiales y diseños de andamios que podrían funcionan mejor para otros tipos de lesiones.
Sin embargo, los investigadores reconocieron que la tecnología actualmente es prohibitivamente costosa para la mayoría de los laboratorios de investigación, y la máquina puede tardar días en imprimir andamios de tamaño suficiente.
«La tecnología aún está en pañales, pero esperamos que mejore en costo y eficiencia con el tiempo», agregó el Prof. Terenzio. «Fuimos muy afortunados de poder acceder a esta máquina a través de los servicios de nanofabricación e ingeniería mecánica de la Sección de Ingeniería de OIST».
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El fármaco ayuda a que las neuronas sensoriales vuelvan a crecer en el sistema nervioso central del ratón. Más información: Lokesh Agrawal et al, Development of 3D culture scaffolds for direccional neuronal growth using 2-photon lithography, Ciencia e Ingeniería de Materiales: C (2021). DOI: 10.1016/j.msec.2021.112502 Proporcionado por el Instituto de Ciencia y Tecnología de Okinawa Cita: El nuevo diseño de andamio mejora el crecimiento de las neuronas en regeneración (29 de noviembre de 2021) consultado el 29 de agosto de 2022 en https://medicalxpress .com/news/2021-11-scaffold-growth-regenerating-neurons.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.