Organoides del cerebro humano cultivados en biorreactores impresos en 3D de bajo costo


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organoides cerebrales

Un organoide cultivado en un biorreactor de microfluidos.

MIT y IIT Madras

Ahora es posible cultivar y desarrollar tejido cerebral humano en un dispositivo que cuesta poco más que una taza de café. Con un microchip lavable y reutilizable de $ 5, los científicos pueden observar el desarrollo de muestras cerebrales autoorganizadas, llamadas organoides cerebrales, en tiempo real bajo un microscopio.

El dispositivo, denominado "biorreactor de microfluidos", es un chip de 4 por 6 centímetros que incluye pequeños pozos en los que crecen los organoides del cerebro. Cada uno está lleno de un fluido rico en nutrientes que se bombea y expulsa automáticamente, como los fluidos que atraviesan el cerebro humano.

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Usando este sistema, Ikram Khan del Instituto Indio de Tecnología de Madrás en Chennai y sus colegas del Instituto de Tecnología de Massachusetts (MIT) informaron ahora el crecimiento de un organoide cerebral durante siete días. Esto demuestra que las células cerebrales pueden prosperar dentro del chip, dice Khan.

Teóricamente, cultivar tejido cerebral en un laboratorio permitiría a los científicos probar cómo responde el cerebro de cada paciente a diferentes tipos de medicamentos.

Ya existen dispositivos para el cultivo de organoides cerebrales, pero dado que los platos están sellados para evitar la contaminación por microorganismos en el aire, es imposible agregar nutrientes como ácidos aminoácidos, vitaminas, sales y glucosa o eliminar los productos de desecho producidos por las células. Como resultado, las células suelen morir en unos pocos días.

Para combatir este problema, los investigadores ya han agregado pequeños tubos para llevar nutrientes al tejido cerebral. Pero el diseño opaco de estos dispositivos hace que sea imposible ver lo que sucede dentro del plato, un problema importante, especialmente si los científicos quieren saber cómo responde la tela a las drogas.

Entonces, Khan y sus colegas diseñaron un dispositivo nuevo y más simple que combina una plataforma de crecimiento, tubos diminutos, canales de inyección de medicamentos e incluso un compartimento de calentamiento de fluidos en un solo chip, que se puede imprimir en 3D utilizando el mismo tipo de resina biocompatible. utilizado en cirugía dental. Los biorreactores controlan el flujo del líquido de reconstitución y la extracción de desechos a través de tubos en una incubadora cerrada al tiempo que brindan una visibilidad completa.

Para probar su sistema, los investigadores colocaron células madre cerebrales humanas diferenciadas en los pozos y programaron un flujo de líquido a través del chip. Usando un microscopio sobre la plataforma, pudieron ver crecer el tejido cerebral durante una semana completa, esencialmente hasta que los organoides se quedaron sin espacio en sus diminutos pozos.

Durante este tiempo, vieron que las células se multiplicaban y formaban una estructura de forma ventricular, similar a las cavidades que se ven en los cerebros reales, explica Chloé Delépine del MIT. El ventrículo estaba rodeado por tejido que parecía ser similar al de la neocorteza, una capa del cerebro responsable de funciones de orden superior como pensar, razonar y comprender el lenguaje.

Los organoides del cerebro humano ya han alcanzado tal nivel de desarrollo en un laboratorio, pero esta es la primera vez que esto sucede en un dispositivo que permite tan buena visibilidad del tejido, y a bajo costo, explica Delépine.

“Mi objetivo es que esta tecnología llegue a las personas de todo el mundo que la necesitan para sus necesidades de atención médica”, dice Khan, quien desde entonces ha creado una empresa emergente en India para lograr este objetivo.

Referencia de la revista: Biomicrofluídico, DOI: 10.1063 / 5.0041027

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