Los científicos se propusieron construir la lista de partes del cerebro

Hace unos cinco años, un entrevistador de radio preguntó a Eric Kandel, un distinguido neurocientífico de la Universidad de Columbia, qué otros misterios quedaban sobre el cerebro. «Casi cualquier cosa», respondió Kandel.Tal afirmación no disminuye los avances logrados en neurociencia durante más de un siglo desde que el médico italiano Camilo Gorky y el anatomista español Santiago Ramón y Cajal creó el primer diagrama de neuronas. Pero las personas como Kandel siguen siendo humildes. Sabían que cada vez que los neurocientíficos aumentaran la resolución con la que observaban el cerebro, descubrirían nuevos e inimaginables niveles de sofisticación.

Un nuevo estudio realizado por investigadores del Allen Institute for Brain Science y sus colegas se publicó el 21 de agosto en naturaleza, que hace precisamente eso. Reveló lo que el Instituto Allen llamó «la ‘lista de piezas’ más detallada del cerebro humano hasta la fecha». Para recordarnos cuánto no sabemos, esta lista solo se enfoca en un subconjunto del cerebro humano. Pero mediante el uso de la expresión génica (ARN que se transcribe del ADN para producir proteínas) como una forma de clasificar las células, los autores del estudio definieron 75 tipos de células diferentes en esta región del cerebro, que ahora creen que pueden ser varios miles de células individuales de todo el cerebro, mucho más de lo que se pensaba anteriormente. Además, cuando los científicos compararon los tipos de células humanas y de ratón, encontraron que la mayoría de las células cerebrales humanas tenían contrapartes en el cerebro del ratón, pero también había diferencias significativas. Estas diferencias pueden afectar los circuitos cerebrales y podrían explicar por qué la mayoría de los ensayos clínicos de fármacos terapéuticos en ratones fallan cuando se transfieren a pacientes humanos, lo que demuestra claramente la importancia de estudiar el cerebro humano directamente.

«Esto conducirá a la neurociencia celular humana», dijo Christoph Koch, científico jefe y presidente del Instituto Allen y coautor del artículo. «Creemos que muchas enfermedades psicológicas y neurológicas son enfermedades de tipos de células específicas. No es suficiente saber que hay algún problema con la amígdala. Es necesario saber cuáles de los 100 tipos de células diferentes expresados ​​en la amígdala, específicamente, están sobreexpresados». o subexpresado, cuyas sinapsis ya no funcionan».

El trabajo de Koch y sus colegas equivale a un estudio de las fronteras de la genómica y la neurociencia, dijo Nenad Sestan, neurocientífico y genetista de la Facultad de Medicina de la Universidad de Yale, que no participó en el trabajo. «La base de datos que generaron no solo es una herramienta de investigación muy útil, sino un presagio del tipo de conjuntos de datos que pronto podremos desarrollar y utilizar para investigar enfermedades cerebrales».

Debido a la dificultad de estudiar el tejido cerebral humano vivo, la mayor parte de lo que sabemos hasta ahora sobre el cerebro humano proviene del tejido cerebral post mortem o de técnicas de escaneo cerebral como la fMRI. En el nuevo artículo, los investigadores investigaron las células del cerebro humano en la circunvolución temporal media (MTG), un área asociada con la memoria y la integración de la información. Se eligió porque parte del tejido cerebral humano utilizado en el Instituto Allen tenía licencia de cirugía realizada en personas con epilepsia. El resto provino del tejido post mortem del donante.

El equipo del Instituto Allen adoptó un enfoque molecular para comprender la diversidad celular. Utiliza un avance metodológico llamado transcriptómica unicelular, que mide el contenido de ARN de las células. «En lugar de usar la anatomía o la fisiología como una forma de pensar en un tipo de célula, uno puede pensar en una célula definida por los genes que están activos en esa célula en un momento determinado», dijo Ed Lein, neurocientífico del Allen. Instituto El investigador del estudio y autor principal. Los genes codifican proteínas que se convierten en componentes celulares que realizan las innumerables tareas de estas células. Al medir los genes utilizados activamente o la expresión génica en células individuales, los científicos pueden discernir la función de cada célula. En este estudio, los investigadores solo analizaron la lista de partes del núcleo, porque se pueden separar fácilmente entre sí y sus patrones de expresión génica se pueden analizar individualmente. En el tejido cerebral adulto, las células enteras suelen ser grandes y están interconectadas, por lo que a menudo se dañan cuando se aíslan para su análisis. El uso de núcleos aumentó considerablemente el número de células que podían analizar (16.000 en total). La combinación de tecnología genética y poder de cómputo demostrada en este estudio es emocionante, dijo Sestan. «Podemos ver que todo se une».

Los investigadores están muy entusiasmados con los resultados de la comparación entre especies. El cerebro humano tiene unas 1000 veces más células que un ratón, pero los componentes básicos son los mismos. Lein describió haber visto las clasificaciones de los dos grupos de células ordenadas de manera tan ordenada, como un «momento ajá». No obstante, se encontraron diferencias clave en las proporciones relativas de los tipos de células entre las dos especies, así como en la ubicación de las células en el cuerpo, sus patrones de expresión génica y sus propiedades estructurales. Como ejemplo, Lein apunta a las células piramidales, las neuronas «excitatorias» primarias que liberan moléculas de señalización para estimular la activación neuronal. «En la corteza humana, son 20 veces menos abundantes que en el circuito del ratón», dijo. «Toda la pista ha sido remodelada usando los mismos ladrillos Lego, pero [then] Ensamblarlos de diferentes maneras. «

Idealmente, los investigadores compararían las células MTG humanas con regiones similares u homólogas en el cerebro del ratón, pero no está claro si existen. En cambio, compararon las células MTG humanas con dos áreas muy diferentes de la corteza del ratón: un área motora y un área sensorial (visual). «En comparación con ellos y mostrando una fuerte homología, hemos cubierto el rango que la gente ve en la corteza del ratón», dijo Lein.

Esta comparación es importante porque a menudo usamos ratones para modelar enfermedades humanas. «Demostramos esto al notar que muchas características anatómicas y funcionales se conservan entre roedores y primates. En la medida en que se pueden observar, también son similares en los humanos», dijo Edward Callaway, investigador biológico de Salk, neurobiólogo del instituto. no participan en el nuevo documento. «Las diferencias en la expresión génica entre tipos de células homólogas pueden indicar diferencias funcionales importantes, incluso en presencia de tipos de células idénticos».

Un ejemplo citado en el estudio es el receptor de serotonina. Los ratones y los humanos tienen muchos de estos receptores, pero los investigadores escribieron que encontraron «una expresión muy variable entre especies». Esto significa que los medicamentos como los inhibidores selectivos de la recaptación de serotonina utilizados para tratar trastornos psiquiátricos pueden funcionar de manera muy diferente en humanos que en ratones. Las pruebas en animales no revelan cómo funcionan estos medicamentos en nosotros.

«Tenemos datos sobre si lo que está tratando de apuntar se expresa de la misma manera», dijo Lein. «En muchos casos, el gen se usaría en la misma región del cerebro en ratones y humanos, pero no en las mismas células. Cambió por completo la función. Ahora creo que se puede predecir por qué estas cosas podrían no traducirse».