Los investigadores han creado el atlas más grande de células cerebrales humanas hasta el momento, revelando más de 3.000 tipos de células, muchas de las cuales son nuevas para la ciencia. El trabajo, publicado en un paquete de 21 artículos hoy en Ciencia, Avances científicos y Medicina traslacional científicaayudará al estudio de enfermedades, la cognición y lo que nos hace humanos, entre otras cosas, dicen los autores.
El enorme atlas celular ofrece una instantánea detallada del órgano más complejo conocido. “Es muy significativo”, dice Anthony Hannan, neurocientífico del Instituto Florey de Neurociencia y Salud Mental en Melbourne, Australia. Los investigadores ya habían mapeado el cerebro humano utilizando técnicas como la resonancia magnética, pero este es el primer atlas de todo el cerebro humano a nivel unicelular, que muestra sus intrincadas interacciones moleculares, añade Hannan. “Este tipo de atlas realmente están sentando las bases para una comprensión mucho mejor del cerebro humano”.
La investigación es parte de la Investigación del Cerebro de los Institutos Nacionales de Salud de EE. UU. a través de la Iniciativa de Avance de Neurotecnologías Innovadoras – Red de Censo Celular (BICCN), una colaboración entre cientos de científicos. Los objetivos del programa incluyen catalogar los tipos de células cerebrales en humanos, primates no humanos y ratones para mejorar la comprensión de los mecanismos celulares detrás de los trastornos cerebrales poco conocidos. Los datos de los 21 estudios se han puesto a disposición del público en la página web Archivo multiómico de neurociencia repositorio en línea.
Colección de animales celulares
Kimberly Siletti, neurocientífica actualmente en el Centro Médico Universitario de Utrecht en los Países Bajos, y su equipo sentaron la piedra angular del atlas al secuenciar el ARN de más de 3 millones de células individuales de 106 lugares que cubren todo el cerebro humano, utilizando muestras de tejido de tres Donantes masculinos fallecidos. También incluyeron una disección de la corteza motora de una donante que se había utilizado en estudios anteriores. Su análisis documentó 461 categorías amplias de células cerebrales que incluían más de 3.000 subtipos. “Me sorprendió la cantidad de tipos de células diferentes que había”, dice Siletti.
Las neuronas (células del cerebro y del sistema nervioso que envían y reciben señales) variaron ampliamente en diferentes partes del cerebro, lo que sugiere diferentes funciones e historias de desarrollo. La combinación de neuronas y otros tipos de células también difería en cada región; Algunas células sólo se encontraron en lugares específicos. El tronco encefálico, una estructura relativamente poco estudiada que conecta el cerebro con la médula espinal, albergaba un número particularmente alto de tipos de neuronas, dice el coautor del estudio Sten Linnarsson, biólogo de sistemas moleculares del Instituto Karolinska en Estocolmo, Suecia. “Una de las grandes sorpresas aquí es lo increíblemente complejo que es el tronco del encéfalo”.
Otros estudios profundizaron en los mecanismos de regulación y expresión de genes en diferentes células. Joseph Ecker, biólogo molecular del Instituto Salk de Estudios Biológicos de La Jolla, California, y sus colegas investigaron el cerebro a través de una lente epigenética utilizando muestras de tejido de los mismos tres donantes. Analizaron marcadores químicos que activan o desactivan genes en más de 500.000 células individuales. Las diversas moléculas que actuaron como interruptores permitieron al equipo identificar casi 200 tipos de células cerebrales. Incluso el mismo gen en el mismo tipo de célula podría tener características diferentes en todo el cerebro. Un gen se activó con un interruptor en la parte frontal del cerebro y otro en la parte posterior. “Existen diferencias regionales notables”, afirma el coautor del estudio Wei Tian, biólogo computacional del Instituto Salk.
Identificar los interruptores que activan o bloquean la expresión genética en las células cerebrales podría ser útil para diagnosticar trastornos cerebrales y desarrollar tratamientos personalizados, afirma Ecker. “Ésa es otra herramienta que surge de la caja de herramientas que estamos construyendo”, afirma.
Riesgo de enfermedad
Mejorar la comprensión de cómo los interruptores genéticos podrían contribuir al riesgo de enfermedades también fue un objetivo de Bing Ren, biólogo molecular de la Universidad de California en San Diego, y su equipo. Analizaron cómo más de un millón de células cerebrales de los tres donantes acceden y utilizan la información genética. Los investigadores descubrieron vínculos entre ciertos tipos de células cerebrales y trastornos neuropsiquiátricos, incluidos el trastorno bipolar, la depresión y la esquizofrenia.
Ren y sus colegas utilizaron los datos del tipo de célula para predecir cómo los interruptores genéticos influyen en la regulación genética y aumentan el riesgo de enfermedades neurológicas. Por ejemplo, en las células llamadas microglia, que eliminan las células muertas o dañadas, la presencia de algunos interruptores genéticos estaba fuertemente relacionada con los riesgos de enfermedad de Alzheimer. Estos hallazgos pueden utilizarse para comprobar si genes concretos o interruptores defectuosos contribuyen directamente a la aparición de la enfermedad. “Esto es posible porque, por primera vez, hemos delineado los interruptores genéticos para cientos de tipos de células diferentes”, dice Ren.
El siguiente paso del equipo BICCN es secuenciar más células de todas las partes del cerebro, afirma Ren. Los investigadores también trabajarán con más muestras de tejido para crear una imagen de cómo el cerebro humano puede variar entre poblaciones y grupos de edad. “Esto es sólo el comienzo”, dice Ren.
Este artículo se reproduce con permiso y fue publicado por primera vez el 12 de octubre de 2023.