Un grupo de científicos de la UCL ha creado con éxito sensores de fuerza mecánica directamente en los cerebros y médula espinal en desarrollo de embriones de pollo, con la esperanza de mejorar la comprensión y la prevención de malformaciones congénitas como la espina bífida.
El estudio, publicado en Nature Materials y en colaboración con la Universidad de Padua y el Instituto Veneto de Medicina Molecular (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 lugar al sistema nervioso central.
Las malformaciones congénitas de la médula espinal afectan a alrededor de uno de cada 2.000 recién nacidos en Europa cada año.
Aunque estas malformaciones se han estudiado durante décadas, no pueden explicarse completamente solo a través de estudios moleculares y genéticos.
Como resultado, los investigadores ahora están estudiando las fuerzas físicas y mecánicas en los tejidos durante el desarrollo embrionario. 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 similarmente pequeños y blandos para evitar interrumpir el crecimiento normal.
Para superar estas dificultades, los investigadores imprimieron en 3D diminutos 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 aplicado directamente a los embriones en desarrollo. Cuando se expone a un láser potente, el líquido se transforma en un sólido parecido a un 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 fuerzas diminutas, 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.
Cuantificar las fuerzas permitiría a los investigadores explorar fármacos capaces de aumentar suficientemente las fuerzas positivas o disminuir las negativas, con el fin de ayudar a prevenir malformaciones congénitas como la espina bífida.
Dichos 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, Marie Sklowdowska Curie investigadora postdoctoral, Dra. Eirini Maniou (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health and University of 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 allana 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 células madre humanas, a medida que se desarrollan en células de la médula espinal.
En el futuro, esto permitiría comparar las células madre de donantes sanos y pacientes con espina bífida, con el objetivo de comprender por qué algunas personas desarrollan la afección.
El coautor principal, Dr. Gabriel Galea (UCL Great Ormond Street Institute of Child Health), dijo: “Esta tecnología es muy versátil y ampliamente aplicable a muchos campos de investigación, y esperamos que sea rápidamente adoptada y aplicada por otros grupos para abordar preguntas 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.”
Revista
Materiales de la naturaleza
Método de Investigación
Estudio experimental
Sujeto de investigación
Animales
Título del artículo
Cuantificación de fuerzas mecánicas durante la morfogénesis de vertebrados
