Mapas celulares detallados del cerebro humano
National Institute of Mental Health
Mapas celulares increíblemente detallados ayudan a allanar el camino para una nueva generación de tratamientos.
Un grupo de científicos internacionales ha cartografiado la composición genética, celular y estructural del cerebro humano y del cerebro de los primates no humanos. Este conocimiento de la estructura del cerebro, conseguido gracias a la financiación de la iniciativa Brain Research Through Advancing Innovative Neurotechnologies® (Investigación del Cerebro a través del Avance de las Neurotecnologías Innovadoras) de los Institutos Nacionales de la Salud (NIH), también llamada iniciativa BRAIN®, permite profundizar en las bases celulares de la función y disfunción cerebrales, lo que ayuda a allanar el camino para una nueva generación de terapias de precisión para personas con trastornos mentales y otros trastornos cerebrales. Los resultados aparecen en un compendio de 24 artículos publicados en Science, Science Advances y Science Translational Medicine.
«Mapear el paisaje celular del cerebro es un paso fundamental para comprender cómo funciona este órgano vital en la salud y la enfermedad», ha declarado el Dr. Joshua A. Gordon, director del Instituto Nacional de Salud Mental de EE.UU. «Estos nuevos atlas celulares detallados del cerebro humano y del cerebro de primates no humanos ofrecen una base para diseñar nuevas terapias que puedan dirigirse a las células y circuitos cerebrales específicos implicados en los trastornos cerebrales.»
Los 24 artículos de esta última colección de la Red del Censo Celular de la Iniciativa BRAIN (BICCN) detallan la diversidad excepcionalmente compleja de las células del cerebro humano y del cerebro de los primates no humanos. Los estudios identifican similitudes y diferencias en la organización de las células y la regulación de los genes en el cerebro humano y en el de los primates no humanos. Por ejemplo:
- Tres artículos de la colección presentan el primer atlas de células del cerebro humano adulto, cartografiando el paisaje transcripcional y epigenómico del cerebro. El transcriptoma es el conjunto completo de lecturas génicas de una célula, que contiene instrucciones para fabricar proteínas y otros productos celulares. El epigenoma se refiere a las modificaciones químicas del ADN y los cromosomas de una célula que alteran la forma en que se expresa la información genética de la célula.
- En otro artículo, una comparación de las propiedades celulares y moleculares del cerebro humano y de varios cerebros de primates no humanos (chimpancé, gorila, macaco y tití) reveló claras similitudes en los tipos, proporciones y organización espacial de las células de la corteza cerebral de humanos y primates no humanos. El examen de la expresión genética de las células corticales de las distintas especies sugiere que cambios relativamente pequeños en la expresión génica del linaje humano condujeron a cambios en el cableado neuronal y la función sináptica que probablemente permitieron una mayor plasticidad cerebral en los seres humanos, respaldando la capacidad del cerebro humano para adaptarse, aprender y cambiar.
- Un estudio que explora cómo varían las células en distintas regiones del cerebro del tití ha descubierto un vínculo entre las propiedades de las células en el cerebro adulto y las propiedades de esas células durante el desarrollo. El vínculo sugiere que la programación del desarrollo está integrada en las células cuando se forman y se mantienen en la edad adulta, y que algunas propiedades celulares observables en un adulto pueden tener su origen muy temprano en la vida. Este hallazgo podría aportar nuevos conocimientos sobre el desarrollo y el funcionamiento del cerebro a lo largo de la vida.
- Un estudio de la anatomía y la fisiología de las neuronas de la capa más externa del neocórtex -parte del cerebro que interviene en funciones de orden superior como la cognición, las órdenes motoras y el lenguaje- reveló diferencias entre el cerebro humano y el del ratón que sugieren que esta región puede ser un punto caliente evolutivo, con cambios en los humanos que reflejan las mayores exigencias de regulación de los circuitos cerebrales más complejos de los humanos.
El objetivo central del BICCN, un esfuerzo pionero por comprender la composición celular del cerebro, es elaborar un inventario exhaustivo de las células cerebrales -dónde están, cómo se desarrollan, cómo trabajan juntas y cómo regulan su actividad- para entender mejor cómo se desarrollan, progresan y se tratan mejor los trastornos cerebrales.
«Este conjunto de estudios representa un hito en la comprensión de la complejidad del cerebro humano a nivel celular», declaró el Dr. John Ngai, director de la Iniciativa BRAIN de los NIH. «Las colaboraciones científicas forjadas a través de BICCN están impulsando el campo hacia adelante a un ritmo exponencial; el progreso -y las posibilidades- han sido simplemente impresionantes.»
El censo de tipos de células cerebrales en el cerebro humano y en el de primates no humanos que se presenta en esta colección de artículos constituye un paso clave hacia el desarrollo de los tratamientos cerebrales del futuro. Los hallazgos también sientan las bases para la Red del Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN, un proyecto transformador que, junto con otros dos proyectos a gran escala -la Conectividad a Escala de la Iniciativa BRAIN y el Armamentarium for Precision Brain Cell Access-, pretende revolucionar la investigación neurocientífica esclareciendo los principios fundamentales que rigen la base circuital del comportamiento y aportando nuevos enfoques para el tratamiento de los trastornos cerebrales humanos.
Artículo de presentación a los diferentes trabajos: Maroso, M. A quest into the human brain. Science. 2023. DOI: http://www.science.org/doi/10.1126/science.adl0913
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