El gran atlas de las células cerebrales humanas abre una nueva era en la neurociencia
Cuando el 2 de abril de 2013 el presidente de Estados Unidos, Barack Obama, anunció el lanzamiento de la iniciativa BRAIN con el objetivo de trazar un mapa de la actividad de cada neurona en el cerebro humano, y hubo voces que recibieron el proyecto con escepticismo. Se criticó la asignación de tal cantidad de recursos, más de US$300 millones, para un objetivo tan difícil de alcanzar como conocer qué nos hace humanos.
Una década después, el ambicioso proyecto anuncia los resultados que más se parecen a lo que prometieron, un conjunto de 21 artículos publicados este jueves en las revistas Science, Science Advances y Science Translational Medicine, en los que un gran consorcio de investigadores revela nuevos conocimientos sobre la composición celular de nuestro sistema nervioso en muchas regiones del cerebro.
“Un triunfo de la biología molecular”
Los estudios son parte de un proyecto dentro de la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de Salud, la llamada Red de Censos Celulares (BICCN), un programa lanzado en 2017 que pretende dar repuesta a una serie de cuestiones como cuántos tipos de células cerebrales tenemos y cuáles son sus propiedades. Para ello, los científicos del Instituto Karolinska y del Instituto Allen estudiaron los genes activados en células cerebrales individuales, una técnica conocida como transcriptómica unicelular, que reveló una asombrosa diversidad: más de 3.000 tipos diferentes de células cerebrales.
Partiendo de trabajos anteriores que mapean tipos de células cerebrales en alta resolución en regiones individuales de la corteza cerebral humana, la capa más externa del cerebro, el consorcio amplía esos estudios a docenas y hasta cientos de regiones en todo el cerebro. Para muchas partes del encéfalo, nunca antes se habían descrito esa complejidad y variedad. En uno de los trabajos, por ejemplo, los investigadores analizaron más de 1,1 millones de células cerebrales en 42 regiones cerebrales distintas de tres cerebros humanos. Identificaron 107 subtipos diferentes de células cerebrales y pudieron correlacionar aspectos de su biología molecular con una amplia gama de enfermedades neuropsiquiátricas, incluidas la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la enfermedad de Alzheimer y la depresión mayor. Los investigadores utilizarán ahora estos datos para crear modelos de aprendizaje automático para predecir cómo ciertas variaciones de secuencias en el ADN pueden influir en la regulación genética y contribuir a la enfermedad.
“El actual conjunto de estudios representa un logro histórico que continúa construyendo un puente importante para iluminar la complejidad del cerebro humano a nivel celular”, asegura John Ngai, director de la Iniciativa BRAIN. “Las colaboraciones científicas forjadas a través de BICCN están impulsando el campo hacia adelante a un ritmo exponencial; el progreso –y las posibilidades– fueron simplemente impresionantes”.
Es un momento crucial en la neurociencia, donde las nuevas tecnologías nos permiten comprender la organización celular muy detallada del cerebro humano
“Veo esto como un momento crucial en la neurociencia, donde las nuevas tecnologías nos permiten comprender la organización celular muy detallada del cerebro humano y de otros cerebros de primates”, explica Ed Lein, investigador principal del Allen Institute for Brain Science, que ha liderado varios de los estudiosos relevantes. “En esencia, este conjunto de trabajos es un triunfo de la biología molecular: el uso diferencial de genes puede usarse para definir tipos de células, y las herramientas de la genómica podrían usarse para crear los primeros borradores de mapas anotados de alta resolución de las células. que componen todo el cerebro humano”.
“El cerebro humano no es homogéneo”, dice Bing Ren, investigador de la Facultad de Medicina de UC San Diego. “Está formado por una red enormemente compleja de neuronas y células no neuronales, cada una de las cuales cumple funciones diferentes. Mapear los diferentes tipos de células en el cerebro y comprender cómo funcionan juntas nos ayudará en última instancia a descubrir nuevas terapias que puedan apuntar a tipos de células individuales relevantes para enfermedades específicas”.
Eso sí, aunque estos nuevos resultados ofrecen información importante sobre el cerebro humano y su patología, los científicos aún están lejos de terminar con el mapeo. Los datos de los estudios recientemente publicados también se incorporarán al Human Cell Atlas, un esfuerzo internacional que está construyendo un atlas de referencia integral de células en todos los órganos, tejidos y sistemas del cuerpo humano.
Una remesa para la historia
Para el neurocientífico español Javier de Felipe, del Instituto Cajal-CSIC, esta colaboración es “una maravilla” que aporta una cantidad enorme de datos nuevos para entender mejor los circuitos del cerebro y hacer comparaciones entre el cerebro humano y otras especies. “Estos datos aportan el esqueleto que facilitará la comprensión final del cerebro”, describe a elDiario.es. “También nos servirá para conocer las enfermedades que le afectan, porque ayudan a entender qué pasa con la expresión de genes presentes en la enfermedad de alzheimer o la esquizofrenia, por citar dos ejemplos”. En su opinión, la clasificación de los tipos celulares es fundamental para establecer este conocimiento del cerebro, aunque está encima de la mesa definir bien qué significa “tipo celular”.
Para Rafel Yuste, ideólogo y líder de la iniciativa BRAIN durante sus inicios, “esta remesa de artículos es historia” y “acalla las críticas que quienes predecían que el proyecto no iba a tener impacto”. En su opinión, es solo el principio de lo que será un torrente de estudios en la próxima década que clasificarán, utilizando técnicas de transcriptómica, todos los tipos celulares del cuerpo. Hasta se podría decir, apunta, que no entenderemos cómo funciona ningún órgano del cuerpo hasta que no sepamos qué tipos de células lo componen.
Esta remesa de artículos es historia y acalla las críticas que quienes predecían que el proyecto no iba a tener impacto
“Los trabajos que se publican ahora mapean las células del cerebro, ahondan y ponen al día el esfuerzo monumental de Cajal y de su discípulo Rafael Lorente de No de clasificar anatómicamente las neuronas”, explica Yuste a elDiario.es. “Las nuevas técnicas transcriptómicas y estadísticas permiten distinguir de una manera rigurosa y automatizada unos tipos celulares de otros basados en sus diferencias moleculares. Tener una lista de todas las neuronas se puede considerar como una piedra de Rosetta del cerebro, algo que haría feliz a Cajal y a Lorente”.
Ademas del cerebro, recuerda el investigador, hay ahora muchos grupos, institutos, fundaciones y proyectos transnacionales involucrados en clasificar las células, no solo del resto del cerebro, sino de todo el cuerpo. “Es un esfuerzo descomunal —apunta— pero tendrá un impacto fundamental en la ciencia y la medicina, ya que, al final del día, todo lo que hace el cerebro, o el cuerpo, se cuece entre tipos de células”. “Quizás en una década, los estudiantes aprenderán estas clasificaciones que se publican ahora en las primeras lecciones de sus carreras en Biología o Medicina”, concluye.
LC
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