Los mapas celulares increíblemente detallados ayudan a allanar el camino para una nueva generación de tratamientos. Un equipo internacional de científicos ha mapeado la composición genética, celular y estructural del cerebro humano y de los cerebros de primates no humanos. Gracias a la financiación del Programa de Avance de Neurotecnologías Innovadoras de Investigación del Cerebro de los Institutos Nacionales de Salud, los científicos están obteniendo una comprensión más profunda de la estructura del cerebro, lo que resulta en una comprensión más profunda de la base celular de la función y disfunción cerebral, allanando el camino para una nueva generación de terapias de precisión para pacientes con trastornos mentales y otras enfermedades cerebrales.
Los investigadores han mapeado la composición genética y celular de los cerebros de primates humanos y no humanos, lo que brinda la posibilidad de obtener información sobre la función cerebral y tratar enfermedades. Esta investigación es parte de la Iniciativa BRAIN, que ha publicado un total de 24 artículos y se espera que logre un progreso transformador en el campo de la neurociencia.
Los resultados de esta investigación se publicaron en 24 colecciones de artículos de las revistas "Science", "Science Advances" y "Science Translational Medicine".
"El mapeo de las células del cerebro es un paso crítico para comprender cómo funciona este importante órgano en la salud y la enfermedad", dijo el Dr. Joshua A. Gordon, director del Instituto Nacional de Salud Mental. "Estos nuevos atlas celulares detallados de los cerebros de primates humanos y no humanos proporcionan la base para diseñar nuevos tratamientos dirigidos a células cerebrales y circuitos cerebrales específicos implicados en enfermedades cerebrales".
Hallazgos e ideas clave
En esta última colección de artículos de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN (BICCN), 24 artículos describen en detalle la diversidad inusualmente compleja de las células cerebrales en el cerebro humano y en los primates no humanos. Estos estudios descubrieron similitudes y diferencias en la forma en que se organizan las células y se regulan los genes en los cerebros de primates humanos y no humanos. Por ejemplo, tres artículos de la colección propusieron por primera vez un atlas celular del cerebro humano adulto y mapearon la transcripción y el epigenoma del cerebro. El transcriptoma es la colección completa de lecturas de genes en una célula que contiene las instrucciones para producir proteínas y otros productos celulares. El epigenoma se refiere a las modificaciones químicas del ADN y los cromosomas de una célula que cambian 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 las de varios primates no humanos (chimpancés, gorilas, macacos y titíes) reveló claras similitudes en los tipos, proporciones y organización espacial de las células corticales en humanos y primates no humanos. Los estudios de expresión genética en células corticales cerebrales de diferentes especies sugieren que cambios relativamente pequeños en la expresión genética en todos los linajes humanos conducen a cambios en el cableado neuronal y la función sináptica que pueden hacer que el cerebro humano sea más plástico, respaldando su capacidad para adaptarse, aprender y cambiar.
Un estudio que explora cómo cambian las células en diferentes regiones del cerebro de los titíes ha encontrado un vínculo entre las propiedades de las células en el cerebro adulto y las propiedades de esas células durante el desarrollo. Esta conexión sugiere que los programas de desarrollo están integrados en las células a medida que se forman y se mantienen hasta la edad adulta, y que algunas de las propiedades celulares observables en la edad adulta pueden originarse temprano en la vida. El descubrimiento puede conducir a nuevos conocimientos sobre el desarrollo y la función del cerebro a lo largo de la vida.
La exploración de la anatomía y fisiología de las neuronas en la capa más externa de la neocorteza ha revelado diferencias entre el cerebro humano y el de ratón, lo que sugiere que esta región puede ser un punto crítico evolutivo, con cambios en los humanos que reflejan mayores requisitos para regular circuitos cerebrales más complejos en los humanos.
BICCN es un esfuerzo pionero para comprender la composición celular del cerebro. Su objetivo principal es crear un inventario completo de las células cerebrales (dónde están, cómo se desarrollan, cómo trabajan juntas y cómo regulan su actividad) para comprender mejor cómo se desarrollan, progresan y se tratan mejor las enfermedades cerebrales.
"Esta serie de estudios es un logro histórico al revelar la complejidad del cerebro humano a nivel celular", dijo el Dr. John Ngai, director del Programa Cerebral de los NIH. "Las colaboraciones científicas forjadas a través de BICCN están impulsando este campo a un ritmo exponencial; el progreso y las posibilidades son simplemente impresionantes".
El censo de tipos de células cerebrales en los cerebros de primates humanos y no humanos en el que se centra este artículo es un paso fundamental hacia el desarrollo de futuros tratamientos cerebrales. Estos hallazgos también sentaron las bases para la Red Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN. La BRAIN Initiative Cell Atlas Network es un proyecto transformador que se une a otros dos proyectos a gran escala: la BRAIN Initiative Connectivity Across Scales y el Armamentarium for Precision Brain Cell Access, que tienen como objetivo revolucionar la investigación en neurociencia al dilucidar los principios fundamentales que subyacen a los circuitos que gobiernan el comportamiento e informan nuevos enfoques para el tratamiento de enfermedades del cerebro humano.