Un nuevo estudio utilizó sensores impresos en 3D para medir malformaciones de la médula espinal en embriones

Un grupo de científicos de la UCL ha creado con éxito sensores de fuerza mecánica directamente en los cerebros y médulas espinales en desarrollo de embriones de pollo, lo que esperan que mejore la comprensión y la prevención de malformaciones congénitas como la espina bífida.

El estudio, publicado en Materiales de la naturaleza y en colaboración con la Universidad de Padua y el Instituto de Medicina Molecular del Véneto (VIMM), utiliza biotecnologías innovadoras para medir las fuerzas mecánicas ejercidas por el embrión durante su desarrollo.

Estas fuerzas son cruciales en la formación de órganos y sistemas anatómicos, como la formación del tubo neural, que da origen al sistema nervioso central.

Las malformaciones congénitas de la médula espinal afectan a aproximadamente uno de cada 2.000 recién nacidos en Europa cada año.

Aunque estas malformaciones se han estudiado durante décadas, no se pueden explicar completamente únicamente mediante estudios moleculares y genéticos.

Como resultado, los investigadores ahora están estudiando las fuerzas físicas y mecánicas en los tejidos durante el desarrollo del embrión. Sin embargo, esto puede ser un desafío ya que la médula espinal embrionaria es diminuta (demasiado pequeña para ser vista a simple vista) y extremadamente delicada. Por lo tanto, los dispositivos de medición de fuerza deben ser igualmente pequeños y suaves para no interrumpir el crecimiento normal.

Para superar estas dificultades, los investigadores imprimieron en 3D pequeños sensores de fuerza (de aproximadamente 0,1 mm de ancho) directamente dentro del sistema nervioso en desarrollo de embriones de pollo.

Estos sensores de fuerza comienzan como un líquido que se aplica directamente a los embriones en desarrollo. Cuando se expone a un láser potente, el líquido se transforma en un sólido con forma de resorte. Este sólido se adhiere a la médula espinal en crecimiento de los embriones y se deforma por las fuerzas mecánicas producidas por las células del embrión.

Esto les permitió medir las diminutas fuerzas (aproximadamente una décima parte del peso de una pestaña humana) que los embriones deben generar para formar la médula espinal.

Para un desarrollo embrionario normal, estas fuerzas deben ser mayores que las fuerzas negativas opuestas.

La cuantificación de las fuerzas permitiría a los investigadores explorar fármacos capaces de aumentar suficientemente las fuerzas positivas o disminuir las negativas, para ayudar a prevenir malformaciones congénitas como la espina bífida.

Estos medicamentos también podrían complementar los beneficios de la ingesta de ácido fólico, una estrategia bien establecida para prevenir problemas de desarrollo antes y durante el embarazo.

La autora principal, la becaria postdoctoral Marie Sklowdowska Curie, Dra. Eirini Maniou (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health y Universidad de Padua), dijo: «Gracias al uso de nuevos biomateriales y microscopía avanzada, este estudio promete un cambio radical en el campo de la mecánica embrionaria y sienta las bases para una comprensión unificada del desarrollo.

«Nuestro trabajo abre el camino para identificar nuevas estrategias preventivas y terapéuticas para las malformaciones del sistema nervioso central».

El grupo de investigación también demostró que la misma tecnología podría aplicarse a las células madre humanas, a medida que se convierten en células de la médula espinal.

En el futuro, esto permitiría realizar comparaciones entre las células madre de donantes sanos y de pacientes con espina bífida, con el objetivo de comprender por qué algunas personas desarrollan la enfermedad.

El coautor principal, el Dr. Gabriel Galea (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health), dijo: «Esta tecnología es muy versátil y se puede aplicar ampliamente en muchos campos de investigación, y esperamos que otros grupos la adopten y apliquen rápidamente para abordar cuestiones fundamentales».

El coautor principal, el profesor Nicola Elvassore (Universidad de Padua y VIMM), agregó: «Este descubrimiento no solo nos permite comprender mejor las fuerzas mecánicas en juego durante el desarrollo embrionario, sino que también ofrece nuevas perspectivas para intervenir y prevenir afecciones como la espina bífida.

«La capacidad de cuantificar las fuerzas embrionarias con tanta precisión representa un avance significativo en la investigación biomédica».