¿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 sido durante mucho tiempo la caja negra de la biología del desarrollo, en parte porque ningún sensor era lo suficientemente pequeño o flexible para observar este proceso sin dañar las células.

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

La investigación fue publicada en Nano letras .

"Estaba tan inspirado por el proceso de desarrollo de órganos naturales en la escuela secundaria, en el que los órganos tridimensionales parten de unas pocas células en estructuras bidimensionales. Creo que si podemos desarrollar nanoelectrónica que sea tan flexible, estirable y suave que pueden crecer junto con el tejido en desarrollo 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 un trozo 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 inició como estudiante de posgrado en el laboratorio de Charles M. Lieber, el profesor de la Universidad Joshua y Beth Friedman. En el laboratorio de Lieber, Liu una vez se desarrolló flexible, nanoelectrónica en forma de malla que podría inyectarse en regiones específicas de tejido.

Sobre la base de ese diseño, Liu y su equipo aumentaron la capacidad de estiramiento de la nanoelectrónica cambiando la forma de la malla de líneas rectas a estructuras serpentinas (estructuras similares se utilizan en la electrónica portátil). Luego, el equipo transfirió la nanoelectrónica de malla a una hoja 2-D de células madre, donde las células se cubren y se entrelazan con la nanoelectrónica a través de las fuerzas de atracción célula-célula. A medida que las células madre comenzaron a transformarse en una estructura tridimensional, la nanoelectrónica se reconfiguró sin problemas junto con las células, resultando en organoides 3-D completamente desarrollados con sensores integrados.

Luego, las células madre se diferenciaron en cardiomiocitos (células del corazón) 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 comienza 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 del páncreas ".

Además de ayudar a responder preguntas fundamentales sobre biología, Los organoides cyborg podrían usarse para probar y monitorear tratamientos farmacológicos específicos para el paciente y potencialmente usarse para trasplantes.