El cerebro humano es un exquisitamente complejo, CPU orgánica, formado por billones de conexiones entre muchos miles de millones de neuronas. Comprender un órgano tan complicado es una empresa científica masiva, y los investigadores a menudo usan modelos simplificados para descubrir pequeñas piezas del rompecabezas neurológico.

En un informe publicado en Micromáquinas , Investigadores del Instituto de Ciencias Industriales de la Universidad de Tokio describen su nuevo método para crear uno de esos modelos utilizando placas microscópicas para conectar las neuronas una célula a la vez.

La investigación del cerebro generalmente implica el uso de cultivos in vitro, que son colecciones de neuronas que crecen juntas en un plato. Una cultura representa en efecto, una versión muy reducida de un cerebro que puede manipularse química o eléctricamente. Si bien las culturas son indispensables para la investigación neurológica, sufren limitaciones considerables.

“Los modelos de cultivo in vitro son herramientas esenciales porque se aproximan a redes de neuronas relativamente simples y son controlables experimentalmente, "dice el primer autor del estudio Shotaro Yoshida." Estos modelos han sido fundamentales para el campo durante décadas. El problema es que son muy difíciles de controlar, ya que las neuronas tienden a hacer conexiones aleatorias entre sí. Si podemos encontrar métodos para sintetizar redes neuronales de una manera más controlada, probablemente estimularía importantes avances en nuestra comprensión del cerebro ".

Los investigadores aprovecharon los conocimientos recientes sobre cómo se comportan las neuronas; a saber, que las formas geométricas pueden guiar a las neuronas, diciéndoles dónde y cómo crecer. En este caso, el equipo utilizó un material adhesivo neuronal sintético para hacer una placa microscópica. La placa es circular con dos rectángulos que sobresalen, algo parecido a una cuenta en una cuerda apretada. Descubrieron que esta forma guía a las neuronas a crecer de una manera muy definida:cuando se colocan en la microplaca, el cuerpo celular de una neurona se asienta en el círculo, mientras que el axón y las dendritas, las ramas que permiten que las neuronas se comuniquen entre sí, crecen a lo largo de los rectángulos.

"Lo que era especialmente importante en este sistema era tener control sobre cómo se conectaban las neuronas, "Yoshida agrega." Diseñamos las microplacas para que fueran móviles, para que empujándolos de un lado a otro, podríamos mover físicamente dos neuronas una al lado de la otra. Una vez que los colocamos juntos, luego podríamos probar si las neuronas eran capaces de transmitir una señal ".

Las neuronas se comunican entre sí a través de sinapsis, estructuras especializadas que permiten que los mensajeros químicos viajen de una neurona a la siguiente. Usando una técnica para visualizar las partes de una sinapsis, El equipo de investigación descubrió que las neuronas montadas en microplacas eran capaces de formar estos centros de comunicación. Lo que fue mas, los centros eran funcionales:cuando una neurona se iluminaba con iones cargados eléctricamente, su compañero se encendió precisamente al mismo tiempo.

Si bien el equipo tiene como objetivo refinar aún más el sistema (solo una pequeña fracción de neuronas podría conectarse con éxito a través de sinapsis de trabajo), Los resultados del estudio sugieren un importante paso adelante en el uso de microplacas para la investigación.

"Este es, a lo mejor de nuestro conocimiento, la primera vez que se ha utilizado una microplaca móvil para influir morfológicamente en las neuronas y formar conexiones funcionales, ", concluye el investigador principal Shoji Takeuchi." Creemos que la técnica eventualmente nos permitirá diseñar modelos simples de redes de neuronas con resolución unicelular. Es una perspectiva emocionante ya que abre muchas nuevas vías de investigación que no son posibles con nuestro conjunto actual de herramientas experimentales ".