Construcción artificial de un cerebro conectando neuronas vivas
El cerebro humano es una CPU orgánica de enorme complejidad, hecha de billones de conexiones entre muchos miles de millones de neuronas. Entender un órgano tan complicado es un desafío científico gigantesco, así que los investigadores a menudo utilizan modelos simplificados para averiguar los entresijos de pequeñas partes del rompecabezas neurológico.
El equipo de Shotaro Yoshida, del Instituto de Ciencia Industrial de la Universidad de Tokio en Japón, ha ideado un nuevo método para crear uno de tales modelos, usando placas microscópicas para conectar entre sí neuronas, de una en una.
Las investigaciones sobre el cerebro implican normalmente el uso de cultivos celulares in vitro, que son colecciones de neuronas cultivadas juntas en una placa. Un cultivo representa, en efecto, una versión muy reducida de un cerebro, y una que puede ser manipulada química o eléctricamente. Si bien los cultivos son indispensables para la investigación neurológica, sufren de limitaciones considerables. Su principal problema es que son muy difíciles de controlar, dado que las neuronas tienden a realizar conexiones aleatorias entre sí.
Los investigadores se valieron de información reciente sobre cómo se comportan las neuronas; en concreto, que las formas geométricas pueden ayudar a guiarlas sobre dónde y cómo crecer. En este caso, el equipo utilizó un material sintético adhesivo para neuronas a fin de preparar del modo deseado una placa microscópica. La placa es circular, con dos rectángulos prominentes, parecidos en cierto modo a una cuenta en una cadena ajustada. Hallaron que esta forma guía a las neuronas para que crezcan de una manera muy definida: cuando una neurona es colocada sobre la microplaca, su cuerpo celular se sitúa sobre el círculo, mientras que el axón y las dendritas (las ramificaciones que permiten a las neuronas comunicarse entre sí) crecen en longitud a lo largo de los rectángulos.
Una neurona individual sobre una microplaca y dos neuronas contiguas que estaban físicamente conectadas. / 2018 Shoji Takeuchi, Institute of Industrial Science, The University of Tokyo
Lo que era especialmente importante al desarrollar este sistema era conseguir tener el control sobre cómo las neuronas se conectan. Yoshida y sus colegas diseñaron las microplacas para que fueran móviles, de manera que al desplazarlas pudieron físicamente mover dos neuronas hasta ponerlas una al lado de la otra. Una vez colocadas juntas, podían entonces probar si las neuronas eran capaces de transmitirse una señal.
Las neuronas se comunican con las demás a través de sinapsis, estructuras especializadas que permiten que los mensajeros químicos viajen de una neurona a la siguiente. Usando una técnica especial para visualizar las partes de una sinapsis, el equipo de investigación halló que las neuronas sobre la microplaca podían efectivamente formar esos centros de comunicación. Lo que es más, los centros resultaron ser funcionales: cuando una neurona se encendía con iones eléctricamente cargados, su compañera lo hacía exactamente al mismo tiempo.
