Impresión 3D de tejido nervioso humano: un avance para estudiar y tratar la ELA
Investigadores han logrado imprimir tejido nervioso humano en 3D usando células madre del propio paciente. El avance promete revolucionar el estudio y tratamiento personalizado de enfermedades neurodegenerativas como la ELA.
Por Enrique Coperías
Ilustración artística de una investigadora observando el crecimiento de tejido nervioso en un andamiaje impreso en 3D, donde células madre del propio paciente se diferencian en neuronas motoras gracias a un bioink optimizado y partículas que liberan factores de crecimiento. El modelo reproduce la estructura de la médula espinal y permite estudiar enfermedades como la ELA en condiciones realistas. Imagen generada con DALL-E
Con ayuda de una impresora 3D y células madre derivadas de la piel de los propios pacientes, investigadores de la Universidad de Uppsala, en Suecia, han logrado un hito en la medicina regenerativa: imprimir en el laboratorio estructuras que imitan el tejido nervioso humano.
Estos modelos tridimensionales de neuronas motoras, conocidos como organoides, permiten estudiar enfermedades neurodegenerativas como la esclerosis lateral amiotrófica (ELA) y probar nuevos fármacos en un entorno controlado, sin necesidad de recurrir a pacientes o animales de laboratorio.
La investigación, publicada en la revista International Journal of Bioprinting, presenta no solo una demostración funcional del método, sino también un protocolo detallado que otros laboratorios podrán seguir para replicar este modelo y adaptarlo a distintas necesidades científicas o clínicas.
«Hemos desarrollado un sistema que permite cultivar neuronas motoras humanas en una estructura tridimensional que imita la médula espinal, partiendo de células de la piel del propio paciente», explica la doctora Elena Kozlova, investigadora principal del estudio, en un comunicado de esta universidad sueca.
¿Qué son las neuronas motoras y por qué son importantes en la ELA?
La esclerosis lateral amiotrófica (ELA) es una enfermedad neurológica devastadora que destruye progresivamente las neuronas motoras, las células encargadas de transmitir señales desde el cerebro y la médula espinal hacia los músculos. A medida que estas células mueren, los pacientes pierden la capacidad de moverse, hablar, tragar y finalmente respirar. No existe una cura, y la esperanza media de vida tras el diagnóstico es, por término medio, de apenas cuatro años.
Uno de los principales desafíos en la investigación de la ELA y otras enfermedades neurodegenerativas es la imposibilidad de acceder al tejido nervioso afectado sin riesgo.
Como explica Kozlova, «las neuronas motoras están ubicadas en el centro de la médula espinal, lo que hace inviable tomar muestras directamente de los pacientes. Por eso es tan valioso poder construir estos modelos en el laboratorio, a partir de sus propias células»
De la piel del paciente a un organoide neuronal en 3D
Gracias a la tecnología de reprogramación celular, los científicos pueden tomar una muestra de piel del paciente y convertir esas células adultas en células madre pluripotentes inducidas (iPSC), que son capaces de transformarse en cualquier otro tipo celular. En este estudio, las iPSC fueron guiadas para convertirse en progenitoras de neuronas motoras, que luego maduraron dentro de unos andamiajes impresos en 3D.
La técnica desarrollada consiste en mezclar estos progenitores neuronales con una bioink o tinta biológica compuesta de gelatina —un biomaterial natural y biocompatible— con una consistencia cuidadosamente ajustada. Utilizando una impresora 3D de alta precisión, los investigadores depositan la mezcla en capas para formar una estructura tipo malla que imita la organización lineal de la médula espinal.
El diseño del andamiaje, con una estructura porosa y dimensiones calculadas para facilitar la difusión de nutrientes y oxígeno, permitió por primera vez que las neuritas —prolongaciones similares a axones— crecieran no solo en la superficie, sino también en el interior del tejido impreso.
Anteriormente, este crecimiento interno no era posible debido a la rigidez del material utilizado. El cambio a una formulación de gelatina al 4%, más blanda pero aún estructuralmente estable, fue clave para permitir esa penetración celular y el crecimiento tridimensional.
La imagen muestra motoneuronas generadas a partir de iPSC (células madre pluripotentes inducidas) humanas e integradas en un bioarmazón impreso en 3D y con diferentes concentraciones de gelatina. Las células (en rojo) crecen dentro del bioarmazón y se muestran aquí desde distintos ángulos, ilustrando cómo se distribuyen y organizan en el material tridimensional. Cortesía: Elena Kozlova
Un paso más allá: partículas que alimentan a las neuronas
Además de la bioink mejorada, el equipo de Kozlova introdujo una innovación crucial: partículas de sílice mesoporosa (MSP) cargadas con factores de crecimiento neuronal. Estas partículas, con una estructura porosa similar a la de una esponja microscópica, liberan lentamente señales bioquímicas como las proteínas CNTF y el GDNF, factores neurotróficos esenciales para la maduración de las neuronas motoras.
Al incorporarlas directamente en la mezcla de impresión, los científicos lograron que incluso las células situadas en el núcleo del andamiaje recibieran los estímulos necesarios para desarrollarse correctamente.
«Estas partículas actúan como dispensadores internos que mantienen el suministro constante de señales, algo que antes solo podía lograrse a través del medio de cultivo, con eficacia limitada en zonas profundas del tejido —detalla Kozlova. Y añade—: El resultado fue un aumento significativo tanto en la supervivencia celular como en la diferenciación neuronal, confirmada mediante la expresión del marcador ChAT, responsable de la producción del neurotransmisor acetilcolina.
Modelos vivos y funcionales para medicina de precisión
Una de las grandes fortalezas de este trabajo es su reproducibilidad. A diferencia de otros modelos basados en organoides que se autoorganizan de manera espontánea, lo que introduce variabilidad, este sistema permite imprimir andamiajes idénticos con una distribución celular controlada. Esto es esencial para estudios comparativos y ensayos de fármacos.
«Para la investigación y el examen de nuevos tratamientos es fundamental contar con modelos estandarizados, que podamos producir en grandes cantidades y comparar entre sí —enfatiza Kozlova. Y continúa—: Nuestro protocolo permite eso, y además se puede ampliar para incluir otros tipos celulares del sistema nervioso, como las células gliales, lo que nos acerca aún más a un modelo completo de médula espinal humana».
Además de la ELA, Este tipo de tejido bioimpreso podría utilizarse para investigar otras enfermedades como la atrofia muscular espinal o incluso lesiones traumáticas de médula espinal. A largo plazo, los científicos no descartan la posibilidad de desarrollar implantes personalizados para reemplazar tejido nervioso dañado, aunque esa aplicación aún está en fases muy preliminares.
«Las neuronas motoras se encuentran en el centro de la médula espinal, por lo que no es posible probar tratamientos directamente en pacientes con enfermedades neurodegenerativas como la ELA. Nuestro método permite construir organoides de neuronas motoras a partir de células de la piel del propio paciente, con los que podemos generar modelos de médula espinal y probar nuevas terapias», dice Elena Kozlova (arriba). Cortesía: Tobias Sterner/Bildbyrån
El detalle que marca la diferencia
Curiosamente, el estudio también reveló que el modo en que se cultivan las células antes de la impresión tiene un gran impacto en su posterior desarrollo. Los investigadores compararon dos métodos:
❌ Cultivo en monocapa (plano). Las células cultivadas de esta manera sobrevivieron y se diferenciaron eficientemente dentro del andamiaje.
❌ En forma de neurosferas o esferoides tridimensionales. A pesar de ser comunes en estudios cerebrales, estas no mostraron viabilidad en este contexto.
Esto sugiere que el entorno previo a la bioimpresión influye en la capacidad de adaptación de las células al nuevo medio tridimensional.
La rigidez del andamiaje guía el destino celular
Un aspecto crucial de la investigación fue el análisis reológico de la biotinta, es decir, cómo cambian sus propiedades mecánicas con la temperatura y el tiempo.
Los investigadores demostraron que la rigidez del andamiaje influye directamente en la diferenciación celular: una gelatina demasiado rígida impide el crecimiento neuronal, mientras que una demasiado blanda compromete la estabilidad estructural.
La fórmula óptima alcanzó una rigidez de aproximadamente 0,5 kPa, un valor ideal para las neuronas, según estudios previos. En contraste, valores superiores favorecen la diferenciación hacia otros tipos celulares, como los astrocitos u oligodendrocitos.
Los primeros son un tipo de células gliales del sistema nervioso central (SNC) cuya función principal es proporcionar soporte estructural, metabólico y funcional a las neuronas; y los oligodendrocitos son también células gliales del SNC cuya función principal es la formación y el mantenimiento de la mielina, una sustancia rica en lípidos que envuelve los axones de las neuronas y facilitan la rápida transmisión de impulsos eléctricos entre las células nerviosas.
Estos hallazgos refuerzan la idea de que no solo los factores químicos, sino también las propiedades físicas del entorno, guían el destino de las células madre.
De la biotecnología al futuro de la medicina personalizada
Este avance es mucho más que una demostración técnica. Representa un paso firme hacia la medicina personalizada, en la que cada paciente podría tener su propio modelo de médula espinal en el laboratorio, creado a partir de sus células, para probar tratamientos antes de aplicarlos. Esto reduciría los riesgos, aceleraría el desarrollo de terapias y permitiría estudiar enfermedades de manera mucho más precisa.
«Con este enfoque podemos avanzar en la medicina de precisión para enfermedades que, hasta ahora, eran muy difíciles de investigar en condiciones humanas realistas — dice Kozlova. Y concluye—: El próximo paso es integrar otros tipos celulares y probar esta plataforma con células derivadas de pacientes con ELA. Así podremos estudiar la enfermedad en un entorno que realmente se parece al tejido afectado en el cuerpo humano”.
Con herramientas como esta, la frontera entre la biología y la ingeniería se diluye cada vez más, dando lugar a una nueva era en la que el tejido humano puede ser construido capa por capa, neurona por neurona, con la esperanza de curar lo que hasta hoy era incurable. ▪️
Información facilitada por la Universidad de Uppsala
Fuente: Yilin Han, Marianne King, Hege Brincker Fjerdingstad, Maurizio Gullo, Lukas Zeger, Roland Kádár, Patrik Ivert, Joel C. Glover, Laura Ferraiuolo, Mimoun Azzouz, Elena N. Kozlova. Differentiation of iPSC-derived neural progenitors into motor neurons in 3D-printed bioscaffolds. International Journal of Bioprinting (2025). DOI: https://doi.org/10.36922/ijb.5973
