Científicos brasileños desarrollan un protocolo de impresión 3D de células cerebrales

Este estudio, apoyado por la FAPESP, salió publicado en el Journal of Visualized Experiments (JoVE). “En el organismo las células son tridimensionales. Pero cuando se las cultiva en laboratorio tienen plástico abajo y un medio de cultivo encima [un conjunto de sustancias que permiten la supervivencia y la proliferación celular]. Esto es algo muy alejado de la organización natural del tejido o del órgano, donde las mismas se encuentran ordenadas de manera tridimensional. La biotinta que desarrollamos apunta a reproducir la relación de las células con el microambiente y con otras células. Es un sistema intermedio entre el cultivo 2D y los experimentos con animales”, explica Marimélia Porcionatto, docente de la Escuela Paulista de Medicina (EPM-Unifesp) y coordinadora del estudio.

Los astrocitos cumplen un papel fundamental en diversos procesos del cerebro, incluso en enfermedades que afectan al sistema nervioso central. El procedimiento estandarizado por las investigadoras de la Unifesp puede adaptarse para estudiar otros tipos celulares y actualmente el grupo está aplicándolo para analizar astrocitos y neuronas infectadas con el virus SARS-CoV-2, causante del COVID-19, en el marco de otro proyecto financiado por la FAPESP.

“Estamos probando distintos biomateriales que sean compatibles con células del tejido neural, no solamente astrocitos, sino también neuronas y células madre neurales. La bioimpresión es una técnica bastante reciente en la ingeniería de tejidos, y más aún en lo referente a los tejidos neurales, compuestos por células más sensibles. Por eso este protocolo será útil tanto para quienes pretenden trabajar con astrocitos y otras células del cerebro como con otros tipos celulares”, comenta Bruna Alice Gomes de Melo, primera autora del trabajo, realizado durante su posdoctorado en la EPM-Unifesp.

El protocolo se desarrolló con células de ratones, pero emplea materiales biocompatibles que pueden adaptarse al estudio de células humanas. Aparte de estudiar enfermedades del sistema nervioso central en un formato más cercano al del cerebro, el grupo liderado por Porcionatto busca materiales que futuramente puedan recuperar áreas cerebrales lesionadas por traumatismos craneoencefálicos o accidentes cerebrovasculares (ACV), por ejemplo.

La receta

La biotinta está compuesta por insumos disponibles en el mercado, como la laminina, extraída de animales bovinos, un componente de la matriz extracelular (moléculas que se ubican entre las células). La receta incluye también factores de crecimiento para las células, compuestos que permiten que sobrevivan en cultivo.

También lleva un producto conocido como gelatina metacrilada. Este insumo se vende comercialmente en el exterior, pero las investigadoras lo producen en el laboratorio a un costo muy inferior al del importado. Gomes de Melo se capacitó para producir la gelatina metacrilada durante su doctorado, realizado en la Universidad de Campinas (Unicamp), más específicamente, durante una pasantía en el Programa de Ciencias de la Salud y Tecnología de las universidades Harvard y Massachusetts Institute of Technology (MIT), en Estados Unidos, con beca de la FAPESP.

“En otras composiciones, muchas de las células sobrevivían al estrés de la impresión en 3D e incluso se volvían viables durante un tiempo, pero la morfología de los astrocitos no coincidía con la que se ve en el tejido vivo. La gelatina metacrilada y la laminina fueron esenciales”, dice la investigadora.

Luego de pasar por el pico eyector de la impresora, la biotinta, que posee el aspecto de un gel, queda dispuesta en capas. Al cabo de unos pocos días, los astrocitos empiezan a replicarse y adoptan un comportamiento similar al que exhiben en el tejido nervioso.

El objetivo ahora consiste en aumentar la complejidad del protocolo. Aparte de los astrocitos, en el estudio con el SARS-CoV-2 se empleó una biotinta con neuronas y una tercera que combina ambos tipos celulares. En poco tiempo más, las investigadoras incluirán en la mezcla células madre neurales.

“La idea es acercarnos lo más posible a la complejidad del tejido neural. Cuando estos protocolos se encuentren perfectamente validados con células de ratones, podremos crear otros con células humanas. Esto servirá para realizar una variedad de estudios, tales como pruebas con nuevos fármacos, identificación de genes que se expresan durante el desarrollo del cerebro y modelado de enfermedades, entre otros”, añade Porcionatto.

Otras tres becarias FAPESP en la EPM-Unifesp se cuentan entre las autoras de este trabajo: Elisa M. Cruz, de doctorado; Taís N. Ribeiro, de maestría, y Mayara Mundim, quien también realizó su doctorado.