El profesor asistente Xueju «Sophie» Wang está desarrollando un conjunto de dispositivos para mejorar la posibilidad de usar organoides cerebrales para modelar enfermedades y probar nuevos medicamentos.
Cuando los científicos prueban nuevos tratamientos farmacológicos o intentan modelar una enfermedad, generalmente se basan en muestras de tejido humano de cualquier tipo de tejido al que se dirijan. Este método puede ser costoso y, a menudo, es difícil obtener muestras.
El desarrollo de una nueva tecnología conocida como orgánulos ofrece un camino prometedor para abordar estos desafíos.
Los orgánulos son modelos de diferentes tejidos humanos que permiten a los científicos probar nuevos tratamientos sin utilizar muestras de tejido humano real. Los organismos se cultivan en el laboratorio a partir de células madre y se fabrican modelos en miniatura del cerebro humano, el corazón u otros órganos y tejidos.
Sin embargo, el uso de estos orgánulos se ha visto severamente restringido por el hecho de que son mucho menos complejos que nuestros tejidos reales en términos de estructura y función. También tienen problemas para crecer y desarrollarse después de cierto punto, ya que los científicos no pueden entregar nutrientes y oxígeno de manera efectiva a las células en el núcleo del organoide.
La profesora asociada Xueju «Sophie» Wang del Departamento de Ciencia e Ingeniería de Materiales recibió el Premio Trailblazer de $643 591 de los Institutos Nacionales de Salud por desarrollar soluciones técnicas innovadoras para estas limitaciones, en colaboración con los co-investigadores Yi Zhang, profesor asistente en el departamento en Ingeniería Biomédica, y Yan Lee de la Universidad Estatal de Florida.
Wang desarrollará y evaluará dos tecnologías a través de esta subvención. El primero es una red electrónica 3D que estimulará el organoide y permitirá a los investigadores observarlo en 3D. Actualmente, los científicos suelen evaluar los compuestos orgánicos en dos dimensiones, lo que significa que es difícil comprender su desempeño tridimensional.
El dispositivo permitirá a los científicos monitorear el microambiente del órgano, incluida la temperatura, los niveles de oxígeno y la optogenética, que controla la actividad neuronal con luz.
El dispositivo también utilizará pulsos eléctricos para estimular el organoide y ayudarlo a desarrollarse de manera más compleja a medida que las células se diferencian durante el proceso de crecimiento.
Wang trabajará en orgánulos cerebrales en forma de bolas de células grumosas, del tamaño de un guisante. Un orgánulo cerebral más complejo tendrá más capas de las que los científicos han podido lograr anteriormente.
Wang implantará su pequeño dispositivo en un órgano cerebral desde el comienzo de su desarrollo para monitorear cómo interactúa con el organoide.
En segundo lugar, Wang desarrollará una microvasculatura que imite la función de los vasos sanguíneos humanos. Esto permitirá a los científicos entregar el oxígeno y los nutrientes que el organismo necesita para crecer y desarrollarse.
«Esperamos ver cómo se verá la interacción porque este es uno de los primeros estudios en el campo para ver cómo la electrónica y la microfluídica interactúan con los tejidos biológicos», dice Wang.
Wang enviará el minidispositivo de membresía a Li para su evaluación. Li es experta en el desarrollo de orgánulos cerebrales y ayudará a Wang a evaluar la eficacia de sus órganos.
Si bien Wang se centrará en los orgánulos cerebrales, sus técnicas también se pueden aplicar a otros orgánulos.
«Esperamos poder desarrollar esos orgánulos complejos que representan o se asemejan a órganos humanos reales para que podamos usarlos, por ejemplo, para detectar medicamentos o desarrollar modelos de enfermedades sin usar muestras humanas reales», dice Wang.
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