La vida está llena de patrones. Es común que los seres vivos creen una serie repetida de características similares a medida que crecen:piense en plumas que varían ligeramente en longitud en el ala de un pájaro o pétalos más cortos y más largos en una rosa.

Resulta que el cerebro no es diferente. Empleando microscopía avanzada y modelado matemático, Los investigadores de Stanford han descubierto un patrón que gobierna el crecimiento de neuronas o células cerebrales. Reglas similares podrían guiar el desarrollo de otras células dentro del cuerpo, y comprenderlos podría ser importante para realizar con éxito la bioingeniería de tejidos y órganos artificiales.

Su estudio, publicado en Física de la naturaleza , se basa en el hecho de que el cerebro contiene muchos tipos diferentes de neuronas y que se necesitan varios tipos trabajando en conjunto para realizar cualquier tarea. Los investigadores querían descubrir los patrones de crecimiento invisibles que permiten que los tipos correctos de neuronas se coloquen en las posiciones correctas para construir un cerebro.

"¿Cómo se organizan las células con funciones complementarias para construir un tejido funcional?" dijo el coautor del estudio, Bo Wang, profesor asistente de Bioingeniería. "Elegimos responder a esa pregunta mediante el estudio de un cerebro porque se había asumido comúnmente que el cerebro era demasiado complejo para tener una regla de patrón simple. Nos sorprendimos cuando descubrimos que había, De hecho, tal regla ".

El cerebro que eligieron examinar pertenecía a una planaria, un gusano plano de un milímetro de largo que puede volver a crecer una nueva cabeza cada vez después de la amputación. Primero, Wang y Margarita Khariton, un estudiante de posgrado en su laboratorio, utilizó tinciones fluorescentes para marcar diferentes tipos de neuronas en el gusano plano. Luego, utilizaron microscopios de alta resolución para capturar imágenes de todo el cerebro (neuronas brillantes y todo) y analizaron los patrones para ver si podían extraer de ellos las reglas matemáticas que guían su construcción.

Lo que encontraron fue que cada neurona está rodeada por aproximadamente una docena de vecinas similares a ella, pero intercalados entre ellos hay otros tipos de neuronas. Esta disposición única significa que ninguna neurona se asienta al ras contra su gemela, sin dejar de permitir que diferentes tipos de neuronas complementarias estén lo suficientemente cerca como para trabajar juntas para completar tareas.

Los investigadores encontraron que este patrón se repite una y otra vez en todo el cerebro del gusano plano para formar una red neuronal continua. Los coautores del estudio Jian Qin, un profesor asistente de ingeniería química, y el erudito postdoctoral Xian Kong desarrolló un modelo computacional para mostrar que esta compleja red de vecindarios funcionales se deriva de la tendencia de las neuronas a agruparse lo más cerca posible sin estar demasiado cerca de otras neuronas del mismo tipo.

Si bien los neurocientíficos algún día podrían adaptar esta metodología para estudiar los patrones neuronales en el cerebro humano, los investigadores de Stanford creen que la técnica podría aplicarse de manera más útil al campo emergente de la ingeniería de tejidos.

La idea básica es simple:los ingenieros de tejidos esperan inducir células madre, el poderoso, células de uso general de las que derivan todos los tipos de células, para crecer en las diversas células especializadas que forman un hígado, riñón o corazón. Pero los científicos necesitarán organizar esas diversas células en los patrones correctos si quieren que el corazón lata.

"La cuestión de cómo los organismos crecen en formas que llevan a cabo funciones útiles ha fascinado a los científicos durante siglos, ", Dijo Wang." En nuestra era tecnológica, no estamos limitados a comprender estos patrones de crecimiento a nivel celular, sino que también podemos encontrar formas de implementar estas reglas para aplicaciones de bioingeniería ".