Iluminando el camino de las células
Instruir a las células para que crezcan en una dirección particular es un sueño largamente acariciado
Los investigadores del ETH han desarrollado un nuevo método en el que utilizan la luz para dibujar patrones de moléculas que guían a las células vivas. Este enfoque permite observar más de cerca el desarrollo de los organismos multicelulares, y en el futuro podría incluso desempeñar un papel en nuevas terapias.
Las neuronas siguen el patrón trazado en un hidrogel.
ETH Zürich
Los organismos altamente complejos pueden surgir de una sola célula, lo cual es uno de los verdaderos milagros de la naturaleza. Las sustancias conocidas como morfógenos tienen un importante papel en este desarrollo, a saber, señalando a las células dónde deben ir y qué deben hacer. Estas moléculas de señal guían procesos biológicos como la formación de ejes corporales o el cableado del cerebro. Para investigar esos procesos con más detalle, los investigadores tienen que ser capaces de posicionar las moléculas de señal entre las células vivas en el espacio tridimensional. Esto fue posible gracias a un nuevo método desarrollado por Nicolas Broguiere y sus colegas del grupo de investigación dirigido por Marcy Zenobi-Wong.
Dibujar con la luz
"Nuestro enfoque permite distribuir las moléculas bioactivas en un hidrogel con un alto grado de precisión", dice Zenobi-Wong, Profesor de Ingeniería de Tejidos y Biofabricación en el Departamento de Ciencias de la Salud y Tecnología de la ETH Zürich. Cuando las células vivas se encapsulan en el hidrogel, pueden detectar estas señales bioquímicas. Una de estas señales, el factor de crecimiento de los nervios, determina la dirección en la que crecen las fibras nerviosas. En un método llamado patrón de dos fotones, los investigadores utilizaron un láser para dibujar un patrón tridimensional de esta molécula en el hidrogel.
"Dondequiera que la luz se centre en el material, desencadena una reacción química que ancla el factor de crecimiento del nervio en el hidrogel", explica Broguiere. "Optimizamos cuidadosamente el diseño del hidrogel fotosensible para que las moléculas de señal se fijen sólo en las áreas expuestas al láser, y en ningún otro lugar". Su nuevo enfoque puede crear "pinturas" de morfógenos con detalles mil veces más pequeños que un milímetro - el tamaño de una sola fibra nerviosa. Los investigadores podrían entonces observar a través de un microscopio cómo las neuronas siguen el patrón trazado. "Con este nuevo método, ahora podemos guiar a las neuronas de forma efectiva en 3D, utilizando su propio lenguaje bioquímico", dice Broguiere.
Cuando las fibras nerviosas se desgarran
Muchos biólogos han soñado durante mucho tiempo con instruir a las células para que crezcan en una dirección particular. El nuevo enfoque desarrollado por el grupo de investigación del ETH los acerca un paso más a la realización de ese sueño. Zenobi-Wong y Broguiere creen que su innovación también ofrece beneficios potenciales para la medicina - por ejemplo, si un nervio es cortado durante un accidente, la reconexión ocurre al azar y la función completa no es restaurada. "No quiero dar la impresión de que estamos listos para empezar a tratar a los pacientes con este método", dice Zenobi-Wong, "pero en el futuro, una versión refinada de nuestro enfoque podría ayudar a mostrar a las neuronas el camino correcto directamente en el cuerpo, mejorando así la recuperación de las lesiones neuronales".
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