Un equipo de investigadores de la Universidad de Uppsala ha logrado desarrollar un innovador modelo tridimensional que simula el tejido nervioso humano, utilizando células madre pluripotentes inducidas (iPSC) obtenidas a partir de la piel de los propios pacientes. Gracias al uso de tecnología de impresión 3D, han conseguido generar estructuras conocidas como organoides, que reproducen de manera más fiel el entorno biológico de las neuronas motoras.
Este avance, publicado recientemente en la revista International Journal of Bioprinting, representa un paso importante para el estudio de enfermedades neurodegenerativas, como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), y abre nuevas posibilidades en el desarrollo de tratamientos personalizados.
Uno de los grandes desafíos para la investigación de estas enfermedades es la imposibilidad de acceder directamente a las neuronas motoras en pacientes vivos, ya que se localizan en el interior de la médula espinal.
Modelos in vitro para acceder a las neuronas
En este contexto, los modelos in vitro basados en células humanas ofrecen una alternativa valiosa para estudiar la fisiopatología de las enfermedades y probar nuevos fármacos en condiciones controladas. Sin embargo, reproducir la complejidad del tejido nervioso humano en el laboratorio no es una tarea sencilla.
Las aproximaciones tradicionales, que utilizan cultivos celulares bidimensionales, no logran imitar las interacciones espaciales y funcionales que ocurren en el sistema nervioso. Por ello, los investigadores han centrado sus esfuerzos en desarrollar modelos tridimensionales más representativos.
En estudios anteriores, el equipo ya había demostrado que era posible diferenciar progenitores de neuronas motoras, derivados de iPSC humanas, en neuronas motoras maduras cuando se cultivaban en andamios impresos en 3D. No obstante, se enfrentaban a una limitación importante: aunque se observaba una arborización extensa de las neuritas —las prolongaciones de las neuronas— en la superficie del andamio, no se lograba un crecimiento significativo en su interior. Este problema limitaba la funcionalidad del modelo y su utilidad para la investigación biomédica.
Ahora, los investigadores han logrado superar esta barrera gracias a una nueva formulación de biotinta, un material biocompatible utilizado para la impresión de tejidos. Esta biotinta, más blanda pero capaz de conservar la estructura tridimensional del andamio, permitió el crecimiento profundo y sostenido de las neuritas dentro del tejido impreso. El modelo resultante reproduce de forma más precisa la arquitectura del tejido nervioso de la médula espinal, ofreciendo un entorno más realista para estudiar el comportamiento celular y la respuesta a tratamientos farmacológicos.
Reprogramación de células cutáneas
El proceso de creación comienza con la reprogramación de células cutáneas humanas en iPSC, que posteriormente se diferencian en progenitores de neuronas motoras. Estas células inmaduras se mezclan con la biotinta y se imprimen capa por capa mediante una impresora 3D, dando lugar a un andamiaje de gelatina que simula el tejido espinal. Esta distribución tridimensional de las células favorece su supervivencia, maduración y la formación de redes neuronales funcionales.
Para potenciar aún más el desarrollo celular, los investigadores utilizaron partículas de sílice mesoporosa (MSP), materiales con una estructura altamente porosa que pueden ser cargados con factores de crecimiento. Estas partículas se mezclaron con la biotinta, actuando como vehículos de liberación controlada que promueven la diferenciación de las células hacia neuronas motoras maduras.
La eficacia del modelo se confirmó mediante imágenes tridimensionales, que mostraron una intensa arborización de neuritas y la expresión del marcador colina acetiltransferasa (ChAT), característico de las neuronas motoras funcionales.
El estudio también revela que el grado de diferenciación neuronal depende de dos factores clave: la incorporación de los factores de crecimiento a través de las partículas MSP y el protocolo utilizado para generar los progenitores neuronales antes de la impresión. Estos hallazgos permiten afinar aún más el proceso y ofrecen una guía práctica para replicar el modelo en otros laboratorios.
Uno de los aspectos más destacados del trabajo es la presentación de un protocolo detallado y reproducible para la producción de tejidos neuronales tridimensionales. Esto no solo facilita la estandarización en la investigación, sino que también allana el camino hacia la creación de organoides más complejos.
Según señaló Elena Kozlova, autora principal del estudio, "es importante para la investigación y las pruebas de fármacos poder imprimir un gran número de organoides de forma reproducible. Nuestro método también permite incluir otros tipos de células nerviosas, como las gliales, lo que puede allanar el camino para modelos más completos de la médula espinal".
La posibilidad de generar tejidos neuronales 3D personalizados abre nuevas perspectivas para la medicina de precisión. En el futuro, podría ser posible crear organoides específicos para cada paciente, a partir de sus propias células, y utilizarlos para estudiar la progresión de la enfermedad, identificar biomarcadores o evaluar la eficacia y seguridad de tratamientos antes de aplicarlos en la práctica clínica. Además, estos modelos podrían ser valiosos en el desarrollo de nuevas terapias regenerativas y en el estudio de otras enfermedades neurológicas, como la esclerosis múltiple o las lesiones medulares.
En definitiva, este avance demuestra cómo la combinación de biotecnología, ingeniería de tejidos e impresión 3D puede transformar la investigación en neurociencias. Los modelos desarrollados por el equipo de la Universidad de Uppsala ofrecen una herramienta potente y versátil para entender mejor las enfermedades neurodegenerativas y acelerar la búsqueda de soluciones terapéuticas eficaces.
