Recientemente un grupo de científicos internacionales presentó el atlas más grande de células cerebrales humanas realizado hasta el momento: se trata de un mapa de la composición genética, celular y estructural del cerebro humano y del cerebro de primates no humanos.

Los estudios son fruto del trabajo de los científicos en la llamada Iniciativa BRAIN (Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies, en español Investigación del cerebro mediante el avance de neurotecnologías innovadoras) y la Red de Censo Celular (Cell Census Network, BICCN), un grupo de 10 institutos y centros de Estados Unidos y Europa que desde 2014 ha estado trabajando en la caracterización de los tipos celulares, y sus funciones, en los cerebros de humanos, de primates no humanos y de roedores. Sus objetivos son generar, mapear y compartir estos datos con la comunidad.

El trabajo, publicado en un paquete de 24 artículos en Science, Science Advances y Science Translational Medicine, ayudará al estudio de las enfermedades, la cognición y lo que nos hace humanos, entre otras cosas, dijeron los autores.

¿Por qué es importante esta investigación, que incluso se la compara con el Proyecto Genoma, que mapeó y secuenció el genoma humano por primera vez? Cinco expertos fueron consultados para conocer los alcances de este hito de la neurociencia: la doctora Lucía Schottlaender, médica neuróloga y directora científica del Instituto de Medicina Genómica del Hospital Universitario Austral; el doctor Marcos Fernández Suárez, médico neurólogo, especialista en Neurología Cognitiva en FLENI, de FASALUD Psiquiatría y Psicología, Chile; el doctor Gustavo Sevlever, director del Departamento de Docencia e Investigación de Fleni y los doctores Hernán Pavón del Servicio de Neurología del Hospital Alemán y Alejandro Caride, Jefe del Instituto de Neurociencias de la misma institución.

Para la doctora Lucía Schottlaender, “la magnitud del proyecto Brain Initiative es comparable al proyecto genoma humano por la dimensión de las investigaciones, los potenciales usos traslacionales y el libre acceso a los datos para promover la colaboración científica”.

Por su parte, el doctor Marcos Fernández Suárez, desde Chile, expresó que en comparación con la secuenciación del genoma humano, este trabajo es de una magnitud similar o tal vez superior: “Estamos hablando de épocas diferentes en las que se desarrollaron estos proyectos de investigación y ahora se dispone de muchos más medios tecnológicos y que probablemente no podrían haber hecho este trabajo sin el conocimiento previo del genoma humano. Pero sí, tiene una magnitud enorme no solo por la cantidad de científicos involucrados sino por lo detallado de sus descripciones”.

El doctor Gustavo Sevlever explicó que este proyecto es enormemente importante para la comunidad neurocientífica: “Si se lo quiere comparar con la secuenciación del genoma humano, su magnitud es mucho más compleja. Este proyecto está lidiando con un órgano que tiene 86.000 millones de neuronas, otro tanto de células no neuronales y cuatrillones de conexiones. O sea, la complejidad es muchísimo mayor y, por otra parte, recién estamos empezando a entenderla”.

A su vez, el doctor Hernán Pavón, expresó que la comparación con la secuenciación del genoma humano puede ser lógica en términos de volumen de trabajo y del hecho de un trabajo colaborativo a gran escala. “Sin embargo, la aplicabilidad directa de este descubrimiento todavía no es tan inmediata, aunque sin dudas que abre la puerta al tratamiento de algunas enfermedades neurológicas de alta prevalencia y a la comprensión de los mecanismos de producción de muchas patologías”, dijo.

“A pesar de la euforia por los nuevos resultados generados con tecnologías de secuenciación a gran escala, no nos darán todas las respuestas”, resumió a Veja Marcos R. Costa, doctor en Neurociencias y profesor del Brain Institute, de la Universidad Federal de Rio Grande do Sur Norte (UFRN). “Aún será necesaria mucha neurociencia antes de que podamos, quizás algún día, comprender a nivel celular y molecular cómo el cerebro codifica la información”, afirmó el médico.

Para el doctor Alejandro Caride, “la Iniciativa Brain en conjunto con Cell Census Network es muy importante porque “caracterizaron tipos celulares de la corteza cerebral en humanos y en primates, junto con un atlas del transcriptoma” (filamentos del ARN, que copian al ADN para secuenciar la síntesis de una proteína) y el estudio de la epigenómica (proteínas del medio que influyen sobre los interruptores de copia del genoma)”. Y citó el ejemplo del estudio de Kimberly Siletti, una neurocientífica del Centro Médico Universitario de Utrecht en los Países Bajos, “que pudo realizar un atlas del transcriptoma, al secuenciar ARN de 3.000.000 de células de 106 lugares del cerebro humano. Esto permitió documentar 461 categorías de más de 3000 subtipos celulares. Todas las células cerebrales humanas contienen la misma secuencia de ADN, pero cada tipo celular posee un transcriptoma propio, que confiere sus características y su red sináptica. Este consorcio está trabajando en identificar los interruptores que activan o bloquean la expresión genética y su relación con la epigenómica”.

Caride también citó el trabajo de Bing Ren, biólogo molecular de la Universidad de California en San Diego, que analizó 1.100.000 células de 42 regiones para generar un mapa de los interruptores genéticos en diferentes tipos celulares, lo que le permitió identificar 107 subtipos. “Asimismo con el advenimiento de la inteligencia artificial se intenta predecir cómo determinadas variaciones en la secuencia del ADN puede influir en la regulación génica y favorecer el desarrollo de enfermedades”, expresó el médico.

Por su parte, Fernández Suárez señaló que “lo novedoso de este estudio es que se buscó describir en humanos, en primates no humanos y en roedores, cómo se comportan esas células en la medida en que expresan su ADN. Todas las células tienen el mismo ADN, pero lo que hace diferente una célula muscular, una de la piel y una del cerebro es cómo expresan ese ADN y en qué orden ese ADN se va desenvolviendo y manifestando su código”.

Qué significa este avance para la neurociencia

Los investigadores han caracterizado en BRAIN más de 3.000 tipos de células del cerebro humano, lo que ha revelado características que distinguen a los humanos de otros primates. Los científicos prevén que la identificación de células cerebrales con tanto detalle permitirá señalar los tipos celulares más afectados por mutaciones específicas que provocan enfermedades neurológicas.

En relación a este tema, la opinión de la doctora Schottlaender es que conocer la composición cerebral a nivel celular y molecular permite comprender la funcionalidad de cada molécula humana en la salud y es el primer paso hacia el desarrollo de blancos terapéuticos en la enfermedad.

“En el pasado, la principal fuente de conocimiento médico se basaba en modelos de enfermedad; sin embargo proyectos como Genoma Humano en medicina genómica y BRAIN Initiative en neurociencias, son estrategias de estudio libres de hipótesis con el objetivo de generar conocimiento que, por un lado, es de una precisión y especificidad a nivel celular y molecular inéditos, pero a la vez permiten desafiar su estudio con hipótesis e investigaciones de lo más diversas de las cuales tal vez hoy todavía no somos capaces de tomar dimensión”, destacó la neuróloga.

Por su parte, Fernández Suárez explicó que existe una brecha enorme entre el conocimiento del cerebro y la manifestación de gran número de enfermedades, en especial los trastornos del neurodesarrollo y las enfermedades neurodegenerativas que siguen siendo una incógnita. “Cuando una persona sufre algún trastorno en este sentido o una enfermedad de tipo psiquiátrico, las imágenes habituales, como las resonancias magnéticas, incluso las más avanzadas como los electroencefalogramas o mapeos cerebrales, no evidencian una alteración, y son las manifestaciones, los síntomas, y la historia del paciente las que siguen siendo la guía principal para el diagnóstico y el tratamiento”, dijo Suárez. En ese sentido señaló: “Puede ser determinante conocer qué genes y qué moléculas expresadas en el cerebro determinan que una neurona evolucione y se desarrolle en un sentido y no en otro, que ciertos grupos de neuronas estén conectados de una manera y no de otra. Claramente, esto establece un escalón en el cual pueden pisar más sólidamente, empezar a tomar esta información y profundizar en las investigaciones”.

Para el doctor Hernán Pavón: “Seguramente el descubrimiento de nuevos tipos de células cerebrales permitirá un mejor conocimiento de los mecanismos de producción de enfermedades. Se está avanzando mucho en el papel que juegan las células de sostén (células de la glía) en el desarrollo de enfermedades neurológicas”.

Por qué conocer estos datos del cerebro humano

Para la doctora Schottlaender conocer estos datos del cerebro humano puede producir avances en el tratamiento de enfermedades mentales como la esquizofrenia o Alzheimer así como su prevención. “Pienso que BRAIN Initiative se está consolidando como una herramienta para comprender la biología celular y molecular del cerebro y esto definitivamente es un gran paso para el desarrollo de terapéuticas de precisión para las enfermedades neurológicas”, afirmó.

El doctor Fernández Suárez, considera que las ventajas de conocer estos datos sobre el ser humano se dan a muchos niveles: “No solo desde el conocimiento como especie, sino también en la salud, lo que va a permitir determinar en qué orden los genes se expresan de manera tal vez anormal y provocando enfermedades”. Y agregó: “Yo creo que también puede tener impacto en el desarrollo tecnológico, porque existe una corriente en lo que es la informática, la electrónica, donde se está intentando reproducir de alguna manera la estructura cerebral por medios artificiales, es decir, copiar nuestro hardware para hacer cerebros artificiales. Y en la medida en que se conozca en más detalle cómo se conectan las neuronas, por qué difieren, también va a avanzar la tecnología y, probablemente, en no muchos años veamos una convergencia entre la biología y la tecnología informática y electrónica, en el sentido de cosas que ya se están trabajando como implantar dispositivos electrónicos en tejidos del sistema nervioso o tratar de interpretar las señales del cerebro a través de dispositivos y de obtener respuestas automáticas a través de los dispositivos externos”.

Además, el médico señaló que si se conoce la secuencia de expresión de los genes, en qué orden se manifiestan, “uno podría llegar a ser más exitoso para obtener tejidos artificiales, es decir, células del sistema nervioso de manera artificial, y que puedan suplir o compensar a las células dañadas. Se ha intentado muchas veces, y se sigue intentando, implantar células madre en el encéfalo, en el cerebro, por ejemplo en enfermedades como el Parkinson o enfermedades de las neuronas motoras y el éxito nunca fue muy importante. Ahora, si uno conoce la secuencia en la que estos genes se expresan, y lo que determina que una neurona evolucione en un sentido y no en otro, claramente va a permitir manipular más eficientemente esas células madre para que lleguen a cumplir el rol que uno desea que cumplan. Si uno cuenta con un atlas de cómo los genes y las conexiones se desarrollan en sujetos sanos va a ser mucho más fácil determinar e intervenir en algún punto previo al desarrollo o a la consolidación de estos trastornos”.

Para el doctor Pavón, “este conocimiento permitiría enfocarse en pensar tratamientos más específicos o dirigidos a las causas primarias en algunas enfermedades neurológicas. Es importante además que la investigación incluye datos sobre primates humanos y no humanos, lo cual permite comprender las similitudes y diferencias que a veces son mínimas pero decisivas en la forma en que se expresan los genes. Este conocimiento es de utilidad para el diseño de terapias específicas y para el conocimiento de los mecanismos evolutivos de la especie, especialmente a nivel de la corteza cerebral. Por otro lado, también pudieron precisar los cambios que ocurren durante el desarrollo en neuronas de áreas específicas del cerebro. Un concepto subyacente a toda esta investigación es el de conectoma, que es la representación funcional y estructural de la conectividad en el sistema nervioso central, particularmente en el encéfalo”.

El atlas celular del cerebro abre nuevas puertas para entender cómo millones de neuronas trabajan de forma conjunta para formar una red que es la base de lo que constituye un ser humano: sus pensamientos, emociones y comportamientos.

Fuente: Infobae