Una herramienta para ayudar a revelar qué nos hace humanos, y mucho más: el mayor atlas de células cerebrales humanas hasta la fecha

Cuando los científicos intentan modelar enfermedades cerebrales humanas utilizando otros organismos, siempre surge la pregunta de si realmente están identificando las raíces celulares de estas enfermedades en los humanos. Ahora, en un conjunto de 21 estudios de investigación en Science, Science Advances y Science Translational Medicine, los investigadores presentan un recurso que puede ser de ayuda: un atlas del cerebro de primates humanos y no humanos a nivel de tipo celular con un detalle sin precedentes. Los esfuerzos colectivos de los investigadores caracterizaron más de 3000 tipos de células cerebrales humanas, revelando características que nos distinguen de otros primates. Comprender el cerebro humano a tal resolución no solo ayudará a los científicos a determinar los tipos de células que son más afectadas por mutaciones específicas, que conducen a enfermedades neurológicas, sino que también ofrecerá una nueva comprensión de quiénes somos como especie. 

Los estudios de este paquete forman parte de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN (BRAIN Initiative Cell Census Network, BICCN) de los Institutos Nacionales de Salud, un programa lanzado en 2017.En el marco de este esfuerzo, cientos de científicos colaboraron en una serie de estudios, aprovechando las tecnologías más avanzadas en biología molecular. "Tradicionalmente estas técnicas se han utilizado principalmente en estudios preclínicos con roedores y otros modelos experimentales", escribe Mattia Maroso, editor sénior de Science. "El trabajo presentado aquí muestra cómo la investigación humana podría haberse puesto al día con el trabajo preclínico".

El trabajo central para construir el atlas está representado por tres estudios contenidos en el paquete (Kimberly Siletti et al., Yang Li et al., y Wei Tian et al.). Juntos, los conocimientos de estos grupos crearon el primer borrador del mapa de células cerebrales humanas, incluida la expresión génica subyacente y la arquitectura reguladora de genes. Un estudio dirigido por Nelson Johansen que incluyó la evaluación de la variación del tipo de células cerebrales en 75 humanos adultos sujetos a epilepsia y cirugías tumorales muestra cómo las células cerebrales varían entre individuos. Esta información proporciona una línea de base para la tipificación celular en la salud y la enfermedad. "No existe un solo ser humano prototípico", afirman Alyssa Weninger y Paola Arlotta en un artículo de Perspective relacionado. "Existe un espectro de diferencias en la variación genética y la respuesta ambiental tanto en individuos sanos como en estados de enfermedad". Un estudio dirigido por Nikolas Jorstad (adf6812) explora más a fondo cómo la variación en los tipos de células está influenciada por la región cerebral.

Un objetivo clave del proyecto fue comprender qué características de la organización de las células cerebrales son específicas de los humanos, en comparación con los primates no humanos. Un estudio dirigido por Nikolas Jorstad (ade9516) utilizó la transcriptómica comparativa de un solo núcleo en adultos humanos, chimpancés, gorilas, macacos Rhesus y titíes comunes para explorar esta cuestión. Entre otros hallazgos, el equipo demostró que las neuronas de los chimpancés se parecen más a las neuronas de los gorilas que a las neuronas humanas, pese a que chimpancés y humanos comparten un ancestro común más reciente. 

Entre los estudios que exploran cómo se establece por primera vez la compleja disposición de las células en los cerebros humanos en nuestros primeros días se incluye el trabajo de Emelie Braun y sus colegas. Este equipo descubrió estados celulares en cerebros humanos durante el primer trimestre. Nicola Micali y sus colegas realizaron análisis similares en diferentes áreas del cerebro prenatal de macacos.

El resto de los estudios contenidos en el paquete de Science están dirigidos por Brian Lee, Thomas Chartrand, Dmitry Velmeshev y Chang Kim, respectivamente.

Entre los ocho artículos del paquete de Science Advances, el trabajo dirigido por René Wilbers explora cómo las interneuronas de descarga rápida en humanos mantienen frecuencias de sincronización rápidas pese a presentar distancias de neurona a neurona más grandes que sus equivalentes de rata.  Takaki Komiyama, editor adjunto de Science Advances, destaca la importancia de las técnicas de perfilado unicelular de vanguardia utilizadas en este y otros trabajos del paquete.

Un estudio de Science Translational Medicine realizado por Seth Ament y sus colegas se centra en la inflamación en las primeras etapas de la vida, que constituye un factor de riesgo clínicamente establecido para varios trastornos neurológicos. El impacto de la inflamación en el desarrollo del cerebro humano es poco conocido. Centrándose en el cerebelo –un área del cerebro particularmente vulnerable a las perturbaciones posnatales–, los análisis del equipo revelan que la inflamación está asociada con cambios principalmente en dos subtipos de neuronas inhibidoras: las neuronas de Purkinje y las neuronas de Golgi.

"Los datos recopilados por el BICCN permitirán ahora a los investigadores abordar cuestiones científicas fundamentales sobre el cerebro humano", escribe Maroso. "¡La era de la investigación celular del cerebro humano está llamando a nuestra puerta!".