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. E-Flower de EPFL, una matriz de microelectrodos 3D (MEA) en forma de flor, permite a los investigadores monitorear la actividad eléctrica de estas esferas de una manera que antes era imposible. Este innovador, publicado Avances de la cienciaConstituye la base para investigaciones más sofisticadas sobre organoides cerebrales, que son modelos complejos y en miniatura de tejido cerebral.
“E-FLOWER nos permite registrar la actividad neuronal de gran parte de la superficie del esferoide neuronal en tiempo real, algo que no era posible con herramientas anteriores. Nuestra tecnología flexible permite realizar grabaciones precisas sin dañar los modelos neuronales 3D. cómo sus complejos circuitos nos dan una mejor comprensión de lo que funciona”, dijo Stephanie Lecour, autora principal del artículo y jefa del Laboratorio de Interfaces Bioelectrónicas Suaves (LSBI) en el Instituto Neuro X.
¿Por qué esferoides neuronales?
“Para este estudio nos centramos en los esferoides neuronales porque proporcionan un modelo sencillo y accesible”, afirmó Eleonora Martinelli, una de las investigadoras principales del proyecto.
Los esferoides neuronales son grupos tridimensionales de neuronas que replican algunas de las funciones clave del tejido cerebral. Son más simples que los organoides, que contienen múltiples tipos de células y se parecen más al cerebro. El equipo de LSBI en Campus Biotech trabajó en colaboración con Luc Stoppini y Adrienne Roux en el Laboratorio de Ingeniería de Tejidos HEPIA-HESGE, investigadores con una larga experiencia en electrofisiología de esferoides neuronales.
“Las esferas son relativamente fáciles de fabricar y manipular en el laboratorio, lo que las hace ideales para pruebas en etapas iniciales”, añadió 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”, dijo Stephanie Lecour. “Ellos cierran la brecha entre la simplificación in vitro Modelo y complejidad del cerebro humano. Nuestro trabajo con E-Flower es un paso importante para poder explorar estos modelos 3D”.
La casualidad está detrás de la innovación
Curiosamente, E-Flower nació de un descubrimiento inesperado. Outman Aquisi, colaborador del proyecto, se encontró con un desafío mientras trabajaba en implantes blandos para nervios periféricos: los hidrogeles que usaba hacían que sus dispositivos se curvaran 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 proceso de rizado podría usarse para una aplicación completamente diferente: envolver fibras nerviosas.
“Fue un ejemplo perfecto de cómo la crueldad puede conducir a la innovación”, afirma Martinelli. “Lo que 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 se enrollan alrededor de la esfera cuando se exponen a un líquido que favorece la formación de células. Esta funcionalidad está impulsada por 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 proporciona 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 todas las direcciones proporcionará una comprensión 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.