Nuevo modelo de estudio para la formación de redes neuronales

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Investigadores de la Universidad Politécnica de Madrid participan en el desarrollo de un nuevo modelo de formación de redes neuronales que mejora la capacidad predictiva de los modelos tradicionales de cultivo de neuronas in vitro.

 

UPM / Investigadores del grupo de Óptica, Fotónica y Biofotónica (GOFB) del Centro de Tecnología Biomédica de la Universidad Politécnica de Madrid (UPM), en colaboración con la Universidad Rey Juan Carlos (URJC) y el Instituto de Investigación Sanitaria de El Hospital Clínico San Carlos (IdISSC), han desarrollado un chip microfluídico  ̶ denominado organ-on-a-chip ̶  que puede alojar en su interior la formación de redes neuronales con mayor supervivencia y estabilidad que las que se consiguen con los modelos tradicionales de cultivo de neuronas in vitro. Esto supone un importante avance en el campo de la bioingeniería que nos acerca más hacia la medicina personalizada.

Uno de los temas más estudiados en el campo de la neurociencia es cómo el sistema nervioso central se organiza en una estructura extremadamente compleja

Uno de los temas más estudiados en el campo de la neurociencia es cómo el sistema nervioso central se organiza en una estructura extremadamente compleja. Para ampliar el conocimiento existente en este campo se emplean cultivos de neuronas in vitro.

Los cultivos de redes neuronales son un modelo de estudio simplificado para procesos de memoria, conectividad, y testeo de fármacos. Este tipo de cultivos se han realizado tradicionalmente en modelos 2D en placas de cultivo. El principal inconveniente que presenta esta metodología es su baja capacidad predictiva.

Para mejorar el modelo tradicional y obtener resultados con mayor poder predictivo, investigadores del GOFB del Centro de Tecnología Biomédica (CTB-UPM), en colaboración con la URJC y el IdISSC, han diseñado y desarrollado a partir de la combinación de técnicas microfluídicas y de micro-nanofabricación un modelo de estudio alternativo más fiel a la realidad denominado organ-on-a-chip.

La gran ventaja de este modelo proviene del uso de la microfluídica que permite un control muy preciso de las condiciones del cultivo en tiempo real

Un organ-on-a-chip es un dispositivo microfluídico que tiene como objetivo replicar la estructura de un tejido u órgano manteniendo su fisiología y funcionalidad. La gran ventaja de este modelo proviene del uso de la microfluídica que permite un control muy preciso de las condiciones del cultivo en tiempo real, algo que es impensable con cultivo en placa tradicionales.

Con todos estos antecedentes en mente, el equipo de investigación desarrolló un dispositivo organ-on-a-chip que alojaba en su interior neuronas de invertebrado para estudiar la formación de redes neuronales entre estas y comparar su formación y evolución frente a los cultivos en placa convencionales en las mismas condiciones.

Fuente: UPM

Los resultados de este estudio demuestran que, en comparación con los cultivos en placa, la formación de red en los chips es ligeramente más lenta, pero sobrevive en torno a una semana más, siendo además esta red más estable respecto a los cultivos en placa.

El avance en este campo de la bioingeniería y la microfluídica tiene como objetivo final alcanzar la medicina personalizada

En opinión del investigador del GOFB de la UPM Pedro Herreros: “Con esta mejora de supervivencia y estabilidad de la red en los dispositivos organ-on-a-chip, este nuevo modelo de estudio se postula como alternativa en el estudio de cultivos de redes neuronales, permitiendo testeos de fármacos y toxicidad en tiempo real y reduciendo o eliminando las limitaciones que han presentado los cultivo in vitro tradicionales.”

El avance en este campo de la bioingeniería y la microfluídica tiene como objetivo final alcanzar la medicina personalizada donde, obteniendo células de un paciente e introduciéndolas en un chip, se podrían probar diferentes fármacos y comprobar cuál es el más óptimo para cada persona.

Referencia bibliográfica: 
Pedro Herreros, Luis M. Ballesteros-Esteban, María Fe Laguna, Inmaculada Leyva, Irene Sendiña-Nadal, Miguel Holgado. Neuronal circuits on a chip for biological network monitoring. Biotechnology Journal 16, issue 7 july 2021  https://doi.org/10.1002/biot.202000355

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