Los científicos han creado robots microscópicos que podrían revolucionar los tratamientos para las enfermedades cerebrales administrando células madre a ubicaciones precisas en el cerebro y estimulándolos a crecer en neuronas, abriendo potencialmente una nueva frontera en las condiciones de tratamiento como Parkinson y Alzheimer.
The Breakthrough Technology, publicada en la revista Microsistemas y nanoingenieríacombina la navegación magnética con la estimulación con ultrasonido para superar dos desafíos principales en la terapia con células madre: obtener células exactamente donde se necesitan y alentarlas a convertirse en células cerebrales en funcionamiento.
“Nuestra tecnología fusiona la precisión de la actuación magnética con el poder no invasivo del ultrasonido para crear una plataforma escalable para la regeneración neural”, dijo el Dr. Hongsoo Choi, autor correspondiente del estudio del Instituto de Ciencia y Tecnología Daegu Gyeongbuk.
Los investigadores crearon lo que llaman “Cellbots”: células de neuroblastoma humano cargadas con nanopartículas magnéticas que pueden guiarse a través del tejido utilizando campos magnéticos externos. Una vez entregado a la ubicación objetivo, un dispositivo de ultrasonido miniaturizado activa las células para convertirse en neuronas.
Lo que hace que este enfoque sea innovador es la precisión de ambos sistemas que funcionan juntos. Las partículas magnéticas permiten a los investigadores dirigir las células con precisión micrométrica, mientras que el transductor de ultrasonido diseñado a medida, solo 1 mm por 7 mm de tamaño, puede estimular grupos de células específicos sin afectar el tejido circundante.
Los resultados son dramáticos. Las células que reciben 40 minutos de tratamiento con ultrasonido crecieron extensiones neuronales casi el doble de las células no estimuladas (119.9 micrómetros versus 63.2 micrómetros), lo que indica un desarrollo neuronal significativamente mejorado. Cuando se analizan en experimentos de laboratorio, los investigadores guiaron con éxito CELLBOT a objetivos específicos y estimularon selectivamente solo esas células.
Este enfoque de doble tecnología aborda un problema crítico en las terapias actuales de células madre para los trastornos cerebrales. Mientras que las células madre son prometedoras para reemplazar las neuronas dañadas, los métodos de implantación tradicionales no pueden posicionar con precisión las células o controlar su desarrollo, lo que resulta en una integración y función deficientes.
La tecnología de ultrasonido miniaturizado representa un avance significativo sobre los sistemas de ultrasonido convencionales, que son demasiado grandes y carecen de la precisión necesaria para la estimulación celular dirigida. Los investigadores diseñaron una matriz de transductores de ultrasonido micromachined piezoeléctrico (PMUT) con elementos de solo 60 micrómetros de diámetro, con el ancho de un cabello humano.
“Al lograr la diferenciación localizada, ahora podemos imaginar terapias donde las células madre no solo alcanzan su objetivo sino que también maduran en neuronas funcionales a pedido”, explicó el Dr. Choi.
Más allá de las enfermedades neurodegenerativas, la tecnología podría ayudar a los pacientes del accidente cerebrovascular al reconstruir los circuitos neuronales dañados, e incluso podría encontrar aplicaciones en las pruebas de drogas creando modelos de tejido neuronal más precisos en laboratorios.
Si bien la tecnología aún no se ha probado en animales vivos o humanos, proporciona un nuevo enfoque poderoso para abordar las limitaciones de las terapias de células madre actuales. Los investigadores ahora están trabajando para optimizar los parámetros de ultrasonido y escalar el sistema para aplicaciones clínicas eventuales.
Para millones que sufren de enfermedades neurodegenerativas actualmente incurables, este enfoque micro-robótico ofrece una visión de los posibles tratamientos que algún día podrían reparar circuitos cerebrales dañados con precisión sin precedentes.
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