Un atlas pionero de las células cerebrales humanas

El trabajo publicado el jueves forma parte de un proyecto iniciado en 2013 Instituto Nacional de Investigación del Cerebro para la Salud a través de la Iniciativa de Neurotecnologías Innovadoras – Iniciativa BRAIN en breve. El objetivo del programa es crear un atlas de cerebros de primates humanos y no humanos a nivel celular con un detalle sin precedentes. En el proyecto participan científicos de la Universidad de California en San Diego, el Instituto Salk de Estudios Biológicos, el Instituto Allen de Ciencias del Cerebro, la Facultad de Medicina de la Universidad Mount Sinai de Yale, la Universidad de Washington (EE.UU.) y el Instituto Karolinska (Suecia). ). Para poder analizar la enorme cantidad de información, los científicos utilizaron, entre otras cosas, inteligencia artificial.

El cerebro es el órgano humano anatómicamente más complejo y también se considera la estructura más compleja del universo conocido. Según diversas estimaciones, el número de neuronas que lo forman alcanza los 100 mil millones, y cada neurona está conectada a través de sinapsis con varios miles de otras neuronas; en total, hay alrededor de 100 billones de conexiones. Para poder estudiarlo es necesario disponer de un punto de referencia, como por ejemplo un nuevo atlas.

Saber qué células forman un cerebro sano, dónde se ubican los diferentes tipos de células y cómo se desarrolla el cerebro desde la etapa embrionaria es fundamental para poder comparar y comprender mejor cómo surgen las enfermedades mentales y neurológicas. Hasta ahora sólo se dispone de atlas avanzados del cerebro del ratón, pero no del cerebro humano, y no se sabe hasta qué punto los resultados de los estudios con animales pueden aplicarse a los humanos. Mientras se trabajaba en el nuevo atlas, se compararon las propiedades de las células cerebrales humanas con otras células cerebrales importantes.

Cada célula del cerebro humano contiene la misma secuencia de ADN, pero diferentes tipos de células utilizan genes diferentes de diferentes maneras. Esta variabilidad da lugar a muchos tipos diferentes de células cerebrales y contribuye a la complejidad de los circuitos neuronales. Aprender en qué se diferencian estos tipos de células a nivel molecular es crucial para comprender cómo funciona el cerebro y desarrollar nuevos tratamientos.

Los investigadores analizaron más de un millón de células cerebrales humanas para crear mapas detallados de interruptores genéticos en tipos específicos de células cerebrales. También revelaron vínculos entre ciertos tipos de células y varios trastornos neurológicos y psiquiátricos comunes.

«El cerebro humano no es homogéneo», afirmó el investigador principal, el profesor Hans Hans. Ping Ren de la Universidad de California, San Diego. «Consiste en una red muy compleja de neuronas y células no neuronales, cada una con diferentes funciones. Mapear los diferentes tipos de células en el cerebro y comprender cómo trabajan juntas nos ayudará en última instancia a descubrir nuevos tratamientos que puedan apuntar a tipos específicos de células». .” Tipos de células.» importante para enfermedades específicas.

«El desarrollo del cerebro humano comienza durante el desarrollo embrionario y continúa después del nacimiento, durante la infancia, la niñez, la adolescencia y la edad adulta temprana», señaló el autor de uno de los artículos, el Dr. Panos Roussos, director del Centro de Neurogenómica de Enfermedades de Icahnmount. Sinaí. «Dada la edad variable en la que aparecen diversos trastornos del desarrollo neurológico, es extremadamente importante estudiar el impacto de los factores de riesgo en todo el espectro del desarrollo cerebral. Al desarrollar este atlas, podemos obtener una comprensión más profunda de los complejos mecanismos reguladores que subyacen al desarrollo del cerebro. y la enfermedad”.

“Hemos creado los atlas celulares más detallados del cerebro adulto y del desarrollo cerebral en los primeros meses del embarazo”, destacó el profesor. Sten Lennarsson es del Departamento de Bioquímica y Biofísica Médica del Instituto Karolinska de Suecia. «Se podría decir que realizamos una especie de censo de células cerebrales». Los científicos suecos, en colaboración con los estadounidenses, examinaron tres cerebros adultos donados después de la muerte, analizando más de tres millones de núcleos celulares individuales de poco más de cien regiones del cerebro. Utilizando tecnología de secuenciación de ARN, que revela la identidad genética de cada célula, descubrieron más de 3.000 tipos de células. Aproximadamente el 80% de ellas son neuronas y el resto son diferentes tipos de células gliales.

«Muchos estudios se han centrado en la corteza cerebral, pero encontramos la mayor diversidad de neuronas en el tronco del encéfalo», señaló el profesor Linnarsson. «Creemos que algunas de estas células controlan comportamientos innatos como las respuestas al dolor, el miedo, la agresión y el sexo».

También descubrieron que la identidad de las células refleja dónde se desarrollaron por primera vez en el embrión. Emily Brown y Merry Danan Gotthold del grupo de Sten Lennarsson analizaron más de un millón de células individuales de 27 embriones en diferentes etapas de desarrollo (de 5 a 14 semanas después de la fertilización). El estudio permitió a los científicos mostrar cómo se desarrolla y organiza todo el cerebro con el tiempo. De forma similar también se han estudiado distintos tipos de tumores cerebrales, como el glioblastoma multiforme, un cáncer de mal pronóstico.

El profesor explicó: «Las células cancerosas se parecen a las células madre inmaduras y parecen estar intentando formar el cerebro, pero de forma completamente desorganizada». «Nos dimos cuenta de que estas células cancerosas activaban cientos de genes específicos del cáncer y podría ser interesante ver si existe la posibilidad de encontrar nuevos objetivos terapéuticos».

Nicola Micali de la Universidad de Yale realizó una investigación sobre el desarrollo de las células cerebrales de los macacos.

El estudio, realizado por Nelson Johansen del Instituto Allen (EE.UU.), evaluó la variación de los tipos de células cerebrales en 75 adultos que fueron sometidos a cirugía por epilepsia o cáncer, y mostró cómo las células cerebrales difieren de persona a persona. “No existe una persona típica”, dicen Alyssa Weininger y Paola Arlotta. – “Existe una variedad de diferencias en la variación genética y las respuestas ambientales en individuos sanos y en estados patológicos”.

Un estudio realizado por Nicholas Jorstad comparó núcleos unicelulares en humanos adultos, chimpancés, gorilas, macacos y monos rhesus. Entre otras cosas, se pudo demostrar que las neuronas de los chimpancés se parecen más a las de los gorilas que a las humanas, aunque los chimpancés y los humanos tienen un ancestro común evolutivamente más joven.

Entre los ocho artículos incluidos en el paquete Science Advances, el trabajo dirigido por Rene Wilbers investiga qué tan rápido crecen las interneuronas en humanos y mantienen frecuencias de sincronización rápidas a pesar de distancias mayores entre neuronas que en ratones.

El estudio realizado por Seth Ament de la Universidad de Maryland (EE.UU.) y sus colegas, publicado en la revista Science Translational Medicine, se centra en la inflamación en las primeras etapas de la vida, un factor de riesgo clínicamente identificado para muchos trastornos neurológicos. Los investigadores se centraron en el cerebelo, un área del cerebro particularmente sensible a los trastornos posparto. Los análisis del equipo revelaron que la inflamación se asocia principalmente con cambios en dos subtipos de neuronas inhibidoras: las neuronas de Purkinje y las de Golgi.

El Brain Atlas estará disponible gratuitamente para investigadores de todo el mundo a través de un repositorio en línea. Los especialistas podrán utilizar y visualizar eficazmente los datos y utilizarlos en sus propias investigaciones, por ejemplo, comparando las enfermedades cerebrales que estudian con un cerebro en desarrollo normal. (puerta)

Autor: Paul Wernicke

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