Este modelo de cera de un cerebro humano era tecnología de vanguardia en el siglo XIX. ¿Podríamos pronto imprimir en 3D tejido cerebral humano vivo? Si te gustan los trucos técnicos extraños, ahora es posible usar una impresora 3D para hacer una réplica de plástico de tu propio cerebro. Simplemente obtiene una resonancia magnética de su cabeza y luego ejecuta los datos a través de un programa llamado FreeSurfer. El software crea un mapa de superficie tridimensional de la corteza cerebral que se puede utilizar para fabricar un modelo. Pero, ¿y si quisieras hacer un duplicado real de carne y hueso de tu cerebro?
Pronto podría ser posible hacerlo a través de la bioimpresión 3D, en la que una impresora 3D rocía capas sucesivas de células humanas cultivadas en laboratorio y las usa para construir una pieza de tejido o incluso un órgano completo. Y aunque todavía nadie está cerca de duplicar un cerebro funcional real, un avance reciente en bioimpresión realizado por investigadores de la Universidad Carnegie Mellon podría acercarnos un poco más.
"Imagínese un molde de gelatina:todo se mueve".–Prof. Adam Feinberg, sobre la dificultad de imprimir tejido cerebral vivo
El profesor asociado de CMU e investigador de bioingeniería, Adam Feinberg, dice que el proceso recientemente desarrollado permite que las impresoras 3D funcionen con materiales extremadamente blandos, por ejemplo, la materia gris humana, y coloquen capas que se mantienen estables.
"Las impresoras 3D existen desde hace años, pero imprimen materiales rígidos:metales, cerámica y polímeros que se derriten durante un breve segundo y luego se vuelven duros", dice. "Pero imprimir con materiales blandos como nuestro propio tejido ha sido un desafío. Cuando coloca una capa, ha sido difícil mantener estable la capa debajo de ella. Imagine un molde de gelatina:todo se mueve. Si está tratar de construir una estructura biológica intrincada es difícil porque se vuelve menos estable".
Detener el bamboleo
Para resolver ese dilema, Feinberg y sus colegas descubrieron cómo tratar las proteínas con un proceso especial que las empuja profundamente en los rincones y grietas de una superficie subyacente para formar una unión adhesiva resistente.
Feinberg presentó una vista previa de la tecnología en la reciente Conferencia GEM4 de CMU, un seminario que trata sobre algunos de los últimos desarrollos en el nexo entre la medicina y la tecnología de bioingeniería. En una sesión, los participantes aprendieron cómo colocar capas de gel de colágeno para crear un cerebro simulado con la misma geometría y propiedades mecánicas, como fuerza, dureza y capacidad para estirarse o deformarse, que uno real.
Tales modelos ultrarrealistas, dice Feinberg, podrían ser muy útiles para los investigadores que están tratando de aprender más sobre el daño causado por las lesiones cerebrales traumáticas y cómo solucionarlo. Aun así, Feinberg enfatiza que hay una gran diferencia entre crear una réplica en gel con algunas propiedades similares a las del cerebro e imprimir un cerebro humano real. "Estamos extremadamente lejos de que eso sea una realidad", dice.
Como con muchas cosas, el diablo está en los detalles. Un cerebro humano típico de 3 libras (1,4 kilogramos) contiene casi 100 millones de neuronas, con estructuras variables y funciones altamente especializadas, como recopilar información sensorial o transmitir señales que le dicen a los músculos del cuerpo qué hacer. Los científicos aún no tienen la capacidad de manipular las células madre para crear todos esos diferentes tipos de células, e incluso si la tuvieran, aún no saben exactamente dónde colocarlas y cómo conectarlas para duplicar el increíblemente intrincado sistema neuronal del cerebro. caminos.
"Una resonancia magnética de un cerebro puede crear un modelo tridimensional, pero no tiene la resolución para mostrar dónde están todos esos diferentes tipos de neuronas", dice Feinberg.
Impresión anterior
En 2013, los investigadores de la Universidad de Oxford lograron bioimprimir tejido nervioso sintético, que contiene pequeñas gotas de líquido separadas por una capa de lípidos, que puede transmitir señales eléctricas de manera similar a como lo hace su cerebro. Pero esas redes son frágiles, con una vida útil de unas pocas semanas, en comparación con la vida útil que durará el cableado del cerebro.
Además, un cerebro real también necesita un sistema vascular complicado para proporcionar nutrientes a sus células. En 2014, los investigadores de Harvard pudieron bioimprimir por primera vez un trozo de tejido humano entrelazado con vasos sanguíneos, pero todavía están lejos de poder replicar los diminutos capilares que necesita el tejido vivo.
Finalmente, incluso si llegamos al punto en que podemos imprimir un cerebro completo, existe el desafío de hacer que realmente funcione:pensar, recordar, desarrollar autoconciencia, procesar información sensorial y hacer todos los demás trucos ingeniosos que tu cabeza ha estado haciendo desde que naciste. "Realmente no entendemos cómo sucede todo eso", dice Feinberg. "Así que diseñar algo que funcione igual será muy difícil".
Feinberg cree que es más probable que en lugar de imprimir un cerebro completo, los futuros médicos puedan imprimir piezas más pequeñas de tejido cerebral que puedan usar para reemplazar las áreas lesionadas.