Respuesta neuronal a gradientes Sema3A de pendiente decreciente. Crédito:Universidad de la Ciudad de Hong Kong
El desarrollo neuronal a menudo está regulado por la distribución gradual de moléculas guía, que pueden atraer o repeler la migración neuronal o la proyección de neuritas cuando se presentan en un formato de gradientes de concentración, o quimiotaxis. Sin embargo, muchos detalles sobre el proceso están en gran parte inexplorados.
Un equipo de investigación de la City University of Hong Kong (CityU) ha abordado este problema de forma precisa y sistemática mediante el desarrollo de un nuevo dispositivo, y ha publicado recientemente sus hallazgos en un artículo de investigación en la revista Comunicaciones de la naturaleza , titulado "Los ensayos quimiotácticos tridimensionales de alto rendimiento revelan una complejidad dependiente de la inclinación en la sensación neuronal a los gradientes moleculares".
La quimiotaxis se refiere al movimiento de un organismo en respuesta a un estímulo químico. Es bien sabido que los gradientes de concentración de las moléculas guía, como proteínas netrina o semaforina (Sema), desempeñan un papel fundamental en el desarrollo neural embrionario. Todavía, cómo exactamente los perfiles físicos de los gradientes moleculares, p.ej. la tasa cambiante de los perfiles de concentración (pendiente del gradiente), Las interacciones con el desarrollo neuronal han permanecido durante mucho tiempo como una pregunta sin respuesta. Parte de la razón fue la falta de dispositivos 3-D que puedan recapitular características importantes de los tejidos cerebrales fuera del cuerpo humano. Los ensayos quimiotácticos in vitro anteriores suelen ser 2-D, bajo rendimiento (lo que significa que necesita repetir manualmente los experimentos muchas veces para recopilar datos para diferentes parámetros) y carece de un control fino del gradiente.
La nueva plataforma 3D de microarrays para realizar los experimentos quimiotácticos, permitiendo un estudio preciso y sistemático de la sensibilidad neuronal a la inclinación del gradiente molecular. Crédito:Universidad de la Ciudad de Hong Kong
En respuesta, el equipo de CityU desarrolló una nueva plataforma para realizar los experimentos quimiotácticos. Han desarrollado una plataforma de microfluidos basada en hidrogel para ensayos quimiotácticos tridimensionales de alto rendimiento. y lo usó para estudiar la sensibilidad neuronal a la inclinación del gradiente molecular, arrojar luz sobre el mecanismo de regeneración neuronal mediante el reconocimiento de variaciones sutiles en los perfiles de gradiente de las moléculas guía.
"Nuestro chip mide solo 1 por 3 cm 2 , pero alberga cientos de cilindros de hidrogel de microescala suspendidos, cada uno contiene un perfil de gradiente distinto para permitir el crecimiento tridimensional de las células neuronales en un entorno muy parecido al del interior de nuestro cerebro, "dice el Dr. Shi Peng, Profesor Asociado en el Departamento de Ingeniería Biomédica (BME) de CityU, quien dirigió la investigación.
"La principal ventaja de la configuración es el alto rendimiento, lo que significa que se puede probar una gran colección de perfiles de gradiente molecular en paralelo utilizando un solo chip para generar una gran cantidad de datos, y el tiempo del experimento se puede reducir de meses a 48 horas, " el explica.
Reconstrucción de imágenes de escaneo que muestran la generación de gradiente general en el nuevo dispositivo. Crédito:Universidad de la Ciudad de Hong Kong
Utilizando la nueva plataforma y un riguroso análisis estadístico, El equipo ha revelado una espectacular diversidad y complejidad en la regulación quimiotáctica del desarrollo neuronal mediante varias moléculas guía. En particular, para Sema3A, el equipo ha descubierto que dos vías de señalización, a saber, STK11 y GSK3, están involucrados diferencialmente en la regulación quimiotáctica dependiente de la pendiente de la repelencia coordinada de neuritas y la migración neuronal.
Con base en estos hallazgos, el equipo demostró además que la molécula guía, Sema3A, solo es beneficioso para promover la regeneración de la corteza si se presenta en la forma de gradiente correcta en un cerebro de rata lesionado, que se informó en otro artículo de la revista Biomateriales a principios de este año.
"En caso de lesión cerebral, el sistema nervioso no se regenera fácilmente, por lo que el uso adecuado de las moléculas guía ayudaría al cerebro a recuperarse. A este respecto, Nuestra investigación proporciona conocimientos para el desarrollo de estrategias terapéuticas novedosas, "Concluyó el Dr. Shi.
