Investigadores austriacos han desarrollado un modelo de cerebro impreso en 3D basado en la estructura de las fibras cerebrales visibles mediante imágenes de resonancia magnética. Permite estudiar la compleja red neuronal con una precisión sin precedentes.
En un hito sin precedentes para la neurociencia y la tecnología médica, investigadores de la Universidad Tecnológica de Viena (TU Wien) y la Universidad Médica de Viena (MedUni Vienna) han desarrollado el primer “cerebro fantasma” del mundo impreso en 3D.
Este modelo, que simula la estructura de las fibras cerebrales, puede ser visualizado mediante una variante especial de la resonancia magnética por difusión (dMRI), lo que representa un gran avance en la investigación de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, el Parkinson y la esclerosis múltiple.
La resonancia magnética (MRI) es una técnica de imagen diagnóstica ampliamente utilizada para examinar el cerebro sin la necesidad de radiación ionizante. La dMRI, en particular, permite determinar la dirección de las fibras nerviosas en el cerebro.
Sin embargo, identificar correctamente la dirección de estas fibras en los puntos de cruce de los haces de fibras nerviosas es un desafío debido a la superposición de fibras con diferentes direcciones.
Cerebro fantasma
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Para mejorar este proceso y probar métodos de análisis y evaluación, se desarrolló este “cerebro fantasma” utilizando un proceso de impresión 3D de alta resolución.
Este modelo no se parece visualmente a un cerebro real; es mucho más pequeño y tiene forma de cubo. En su interior, contiene microcanales extremadamente finos, llenos de agua, del tamaño de los nervios craneales individuales (neuronas), con diámetros cinco veces más delgados que un cabello humano.
El equipo de investigación, liderado por Michael Woletz (Centro de Física Médica y Bioingeniería Médica, MedUni Vienna) y Franziska Chalupa-Gantner (grupo de investigación de Impresión 3D y Biofabricación, TU Wien), empleó un método de impresión 3D poco convencional: la polimerización de dos fotones.
Este método de alta resolución se utiliza principalmente para imprimir microestructuras en el rango de nanómetros y micrómetros, y no para estructuras tridimensionales en el rango de milímetros cúbicos.
Rendering of a customizable ghost support design. The set consists of a larger spherical casing (pink) into which a constellation of smaller capsules can be inserted in one layer (green). The layer can be easily customized to vary the number and position of capsules (red/blue) and although only one of these layers is shown, more can be inserted as needed. / . Advanced Materials Technologies.
Herramienta biomédica
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El “cerebro fantasma” resultante es una herramienta valiosa para la comunidad científica, ya que permite simular y estudiar la compleja red de células nerviosas del cerebro con una precisión sin precedentes.
El trabajo de investigación ha sido publicado en la revista Advanced Materials Technologies y promete ser un recurso crucial para el avance de la neurociencia y la mejora de las técnicas de diagnóstico por imágenes.
“Podemos ajustar el software de análisis de forma mucho más precisa y así mejorar la calidad de los datos medidos y reconstruir con mayor precisión la arquitectura neuronal del cerebro”, asegura Woletz.
El uso de la impresión 3D permite crear diseños diversos y complejos que pueden modificarse y personalizarse. También ayuda a conocer con precisión el diseño de los fantasmas y comprobar los resultados del análisis.
Los fantasmas desarrollados se pueden utilizar por último para mejorar la dMRI, lo que puede beneficiar la planificación de operaciones y la investigación de enfermedades neurodegenerativas como el Alzheimer, el Parkinson y la esclerosis múltiple, según los investigadores.
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Referencia
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Toward Printing the Brain: A Microstructural Ground Truth Phantom for MRI. Michael Woletz et al. Advanced Materials Technologies, 07 January 2024. DOI:https://doi.org/10.1002/admt.202300176