Los esferoides neuronales (grupos tridimensionales de células cerebrales) se están convirtiendo en herramientas esenciales para comprender las redes neuronales y estudiar enfermedades neurológicas en el laboratorio. El e-Flower de EPFL, una matriz de microelectrodos 3D (MEA) en forma de flor, permite a los investigadores monitorear la actividad eléctrica de estos esferoides de una manera que antes era imposible. Este desarrollo, publicado en Avances en la cienciasienta las bases para una investigación más sofisticada sobre los organoides cerebrales, que son modelos complejos y en miniatura de tejido cerebral.
“E-Flower nos permite registrar la actividad neuronal en tiempo real desde niveles muy altos de esferoides neuronales, algo que no era posible con herramientas anteriores. Nuestra tecnología flexible permite obtener grabaciones precisas sin dañar el tejido neuronal 3D. modelos, lo que nos da una mejor comprensión de cómo funcionan sus complejos circuitos”, dice Stephanie Lacour, jefa del Laboratorio de Interfaces Bioelectrónicas Suaves (LSBI) del Instituto NeuroX y autora principal del artículo.
¿Por qué esferoides nerviosos?
“Para esta investigación nos centramos en los esferoides neuronales porque proporcionan un modelo sencillo y accesible”, afirma Eleonora Martinelli, una de las investigadoras principales del proyecto.
Los esferoides neuronales son grupos tridimensionales de neuronas que imitan algunas de las funciones importantes del tejido cerebral. Son más simples que los organoides, contienen múltiples tipos de células y se parecen más al cerebro. El equipo de LSBI en Campus Biotech colaboró con Luc Stoppini y Adrien Roux en el Laboratorio de Ingeniería de Tejidos (HEPIA-HESGE), investigadores con una larga experiencia en electrofisiología de esferoides neuronales.
“Los esferoides son relativamente fáciles de producir y manipular en el laboratorio, lo que los hace ideales para pruebas en etapas iniciales”, continúa Martinelli. “Sin embargo, nuestro objetivo es aplicar eventualmente E-Flower a los organoides cerebrales, que modelan con mayor precisión el desarrollo y los trastornos del cerebro”.
“Los organoides representan una interfaz interesante tanto para la investigación en neurociencia como para la neurotecnología de próxima generación”, dice Stephanie Licour. “Son un puente entre lo simple. in vitro Modelos y complejidades del cerebro humano. Nuestro trabajo con eFlower es un paso importante para poder explorar estos modelos 3D”.
El secreto detrás de la innovación
Curiosamente, E-Flower nació de un descubrimiento inesperado. Uno de los colaboradores del proyecto, Outman Akwesi, se encontró con un desafío mientras trabajaba en implantes blandos para nervios periféricos: los hidrogeles que usaba hacían que sus dispositivos se disolvieran inesperadamente cuando se exponían al agua. Lo que comenzó como una decepción se convirtió en un gran avance cuando Acquisi y Martinelli se dieron cuenta de que este mecanismo de curvatura podría usarse para una aplicación completamente diferente: envolver esferoides neuronales.
“Fue un ejemplo perfecto de cómo la herejía puede llevar a la herejía”, dice Martinelli. “Lo que originalmente era un problema para un proyecto se convirtió en una solución para otro.”
Un nuevo enfoque de la electrofisiología neuronal.
El dispositivo consta de cuatro pétalos flexibles equipados con electrodos de platino, que giran alrededor del esferoide cuando se exponen a un líquido que sostiene la estructura celular. Este proceso implica la hinchazón de un hidrogel suave, lo que hace que el dispositivo sea suave con los tejidos y fácil de usar.
Diseñado para ser compatible con los sistemas electrofisiológicos existentes, E-Flower ofrece una solución plug-and-play para investigadores, evitando la necesidad de actuadores externos complejos o disolventes nocivos.
Una vez que la tecnología se aplique a los organoides, la capacidad de registrar la actividad eléctrica desde todos los lados proporcionará una comprensión mucho más completa de los procesos cerebrales. Los investigadores esperan que esto conduzca a nuevos conocimientos sobre el desarrollo neurológico, la recuperación de lesiones cerebrales y las enfermedades neurológicas.
