Los organoides Cyborg ofrecen una visión poco común de las primeras etapas de desarrollo.

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Los organoides Cyborg ofrecen una visión poco común de las primeras etapas de desarrollo.

¿Qué sucede en los primeros días del desarrollo de los órganos? ¿Cómo se organiza un pequeño grupo de células para convertirse en un corazón, un cerebro o un riñón? Este período crítico de desarrollo ha permanecido durante mucho tiempo como la caja negra de la biología del desarrollo, en parte porque ningún sensor era lo suficientemente pequeño o flexible como para observar este proceso sin dañar las células.

Ahora, los investigadores de la Escuela de Ingeniería y Ciencias Aplicadas John A. Paulson de Harvard (SEAS) han desarrollado órganos simplificados conocidos como organoides con sensores totalmente integrados. Estos llamados organoides cyborg ofrecen una visión rara de las primeras etapas del desarrollo de los órganos.

La investigación fue publicada en Nano Letters.

"Me inspiró mucho el proceso de desarrollo de órganos naturales en la escuela secundaria, en el que los órganos 3D comienzan con pocas células en estructuras 2D. Creo que si podemos desarrollar nanoelectrónica que sea tan flexible, elástica y suave que puedan crecer junto con el desarrollo tejido a través de su proceso de desarrollo natural, los sensores integrados pueden medir toda la actividad de este proceso de desarrollo ", dijo Jia Liu, profesor asistente de bioingeniería en SEAS y autor principal del estudio. "El resultado final es una pieza de tejido con un dispositivo a nanoescala completamente distribuido e integrado en todo el volumen tridimensional del tejido".

Este tipo de dispositivo surge del trabajo que Liu comenzó como estudiante graduado en el laboratorio de Charles M. Lieber, profesor de la Universidad Joshua y Beth Friedman. En el laboratorio de Lieber, Liu una vez desarrolló nanoelectrónica flexible con forma de malla que podría inyectarse en regiones específicas de tejido.

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La nanoelectrónica se reconfiguró sin problemas con células madre, lo que resultó en organoides 3D completamente desarrollados con sensores integrados. Las células madre se diferenciaron en cardiomiocitos (células cardíacas) y los investigadores pudieron monitorear y registrar la actividad electrofisiológica durante 90 días. (Crédito: Harvar SEAS)

Sobre la base de ese diseño, Liu y su equipo aumentaron la capacidad de estiramiento de la nanoelectrónica al cambiar la forma de la malla de líneas rectas a estructuras serpentinas (se usan estructuras similares en la electrónica portátil). Luego, el equipo transfirió la nanoelectrónica de malla a una hoja 2D de células madre, donde las células se cubrieron y se entrelazaron con la nanoelectrónica a través de las fuerzas de atracción célula-célula. A medida que las células madre comenzaron a transformarse en una estructura 3D, la nanoelectrónica se reconfiguró a sí misma junto con las células, lo que resultó en organoides 3D completamente desarrollados con sensores integrados.

Las células madre se diferenciaron en cardiomiocitos (células cardíacas) y los investigadores pudieron monitorear y registrar la actividad electrofisiológica durante 90 días.

"Este método nos permite monitorear continuamente el proceso de desarrollo y comprender cómo la dinámica de las células individuales comienzan a interactuar y sincronizarse durante todo el proceso de desarrollo", dijo Liu. "Podría usarse para convertir cualquier organoide en organoides cyborg, incluidos los organoides del cerebro y el páncreas".

Además de ayudar a responder preguntas fundamentales sobre biología, los organoides cyborg podrían usarse para probar y monitorear tratamientos farmacológicos específicos del paciente y potencialmente para trasplantes. (Fuente: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences)

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