Hamaca para organoides cerebrales
Un nuevo sistema de microelectrodos permite el cultivo y el análisis electrofisiológico a largo plazo
Los organoides cerebrales son cultivos de tejidos autoorganizados obtenidos a partir de células madre pluripotentes inducidas derivadas de pacientes. Forman estructuras tisulares que se asemejan en muchos aspectos al cerebro in vivo. Esto hace que los organoides cerebrales sean interesantes para estudiar tanto el desarrollo normal del cerebro como el de las enfermedades neurológicas. Sin embargo, los organoides se han estudiado poco en cuanto a la actividad neuronal, medida por las señales eléctricas de las células. Un equipo de científicos dirigido por el Dr. Thomas Rauen, del Instituto Max Planck de Biomedicina Molecular de Münster (Alemania), en colaboración con el grupo del Dr. Peter Jones, del NMI (Instituto de Ciencias Naturales y Médicas de la Universidad de Tubinga, Alemania), ha desarrollado ahora un novedoso sistema de microelectrodos (Mesh-MEA) que no sólo proporciona condiciones óptimas de crecimiento para los organoides cerebrales humanos, sino que también permite realizar mediciones electrofisiológicas no invasivas durante todo el periodo de crecimiento. Esto abre nuevas perspectivas para el estudio de diversas enfermedades cerebrales y el desarrollo de nuevos enfoques terapéuticos.
Un organoide cerebral humano (en rojo) creció durante un año sobre la estructura de malla en forma de hamaca de una Mesh-MEA (en verde). La micrografía electrónica de barrido muestra cómo el organoide cerebral ha crecido alrededor de los filamentos de la malla y los microelectrodos.
Max-Planck-Institut für molekulare Biomedizin
Las células nerviosas se comunican a través de señales químicas (neurotransmisores), que se convierten en señales eléctricas que transmiten información de una célula nerviosa a la siguiente. Éste es también el modo en que las neuronas de los organoides cerebrales se comunican entre sí.
"Para encontrar las causas de diversas enfermedades cerebrales y nuevos enfoques terapéuticos, no basta con observar las células nerviosas al microscopio. También hay que saber cómo funcionan las células nerviosas, cómo se comunican entre sí", explica Thomas Rauen. Sin embargo, los sistemas actuales para registrar la comunicación entre células nerviosas en organoides cerebrales tienen sus limitaciones. En los organoides cerebrales relativamente grandes, los sensores o bien no se acercan lo suficiente a las células nerviosas o bien destruyen partes del tejido del organoide cuando penetran en él.
Una hamaca para organoides cerebrales
Ahora, el equipo del Dr. Thomas Rauen, en colaboración con el del Dr. Peter Jones, ha desarrollado un novedoso sistema de matriz de microelectrodos (Mesh-MEA) que no sólo proporciona condiciones óptimas de crecimiento para los organoides cerebrales humanos, sino que también permite realizar mediciones electrofisiológicas no invasivas durante todo el periodo de crecimiento de los organoides cerebrales.
Los científicos diseñaron una especie de hamaca para los organoides cerebrales: "La estructura de malla en forma de hamaca proporciona 61 microelectrodos para mediciones electrofisiológicas de la actividad de la red neuronal", explica el Dr. Peter Jones.
El estudio actual demuestra que los organoides cerebrales no sólo pueden cultivarse en la recién desarrollada Mesh MEA hasta un año, sino que también pueden analizarse electrofisiológicamente de forma continua durante este periodo. "Se trata de un gran logro porque nos permite estudiar los organoides cerebrales durante mucho más tiempo que antes. El desarrollo normal del cerebro humano lleva mucho tiempo, y las enfermedades neurodegenerativas también se desarrollan lentamente", afirma Rauen.
La clave del éxito actual es que los organoides cerebrales envolvieron los filamentos y siguieron creciendo en el andamiaje Mesh-MEA, similar a una tela de araña. La Dra. Katherina Psathaki, de CellNanOs de la Universidad de Osnabrück, pudo demostrarlo con un microscopio electrónico. Analizó los organoides cerebrales en su hamaca Mesh-MEA un año después del inicio del cultivo. Las imágenes confirman claramente que los organoides cerebrales se desarrollan en la estructura de red Mesh-MEA suspendida. Los microelectrodos están situados en el centro del tejido del organoide cerebral", añade Thomas Rauen.
Los científicos observaron actividad neuronal espontánea registrada por los microelectrodos en los organoides cerebrales. "Se observó una actividad neuronal sincronizada y recurrente durante toda la fase de grabación, lo que sugiere la formación de redes neuronales como las que se observan in vivo", afirma Thomas Rauen.
Aunque los organoides cerebrales no pueden representar todas las funciones del cerebro humano, Peter Jones y Thomas Rauen están convencidos de que el análisis electrofisiológico de organoides cerebrales mediante su sistema Mesh-MEA de nuevo desarrollo abrirá la posibilidad de simular en el laboratorio aspectos funcionales específicos del desarrollo del cerebro humano y sus enfermedades, lo que hasta ahora no era posible.
Nota: Este artículo ha sido traducido utilizando un sistema informático sin intervención humana. LUMITOS ofrece estas traducciones automáticas para presentar una gama más amplia de noticias de actualidad. Como este artículo ha sido traducido con traducción automática, es posible que contenga errores de vocabulario, sintaxis o gramática. El artículo original en Inglés se puede encontrar aquí.
Publicación original
Matthew McDonald, David Sebinger, Lisa Brauns, Laura Gonzalez-Cano, Yotam Menuchin-Lasowski, Michael Mierzejewski, Olympia-Ekaterini Psathaki, Angelika Stumpf, Jenny Wickham, Thomas Rauen, Hans Schöler, Peter D. Jones; A mesh microelectrode array for non-invasive electrophysiology within neural organoids; Biosensors and Bioelectronics, Volume 228, 15 May 2023, 115223
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