Más de 40 artículos en las distintas revistas del grupo Nature presentaron en noviembre de 2024 los resultados parciales del ambicioso proyecto de mapear los 37 200 millones de estas unidades fundamentales de la vida. Una tarea compleja que requiere combinar técnicas de genómica e inteligencia artificial para estudiar con gran resolución las firmas moleculares de un amplio abanico de células, como las que forman la placenta.
La segunda mitad del siglo XV se caracterizó por una expansión sin precedentes en el conocimiento del mundo, gracias a instrumentos como la brújula, y a los rudimentarios mapas existentes y cartas de navegación. Seis siglos después, en el primer cuarto del XXI, una corporación internacional y multidisciplinar de investigadores se afanan en redescubrir con todo detalle nuestro ‘mundo interior’, compuesto por 37 200 millones de células con una precisión sin precedentes.
Para ello cuentan también con nuevas técnicas, como la genómica y la inteligencia artificial. Su combinación supone un paso de gigante que permite alcanzar una enorme resolución capaz de identificar células individuales a partir de sus firmas genéticas, con el objetivo de comprender la salud y la enfermedad humanas a nivel celular. Un desafío crucial para el avance de la ciencia médica.
Esta revolución en la resolución alcanza a revelar al detalle cómo se forman la placenta y el esqueleto, y permite descubrir ‘nuevos estados’ de las células intestinales y vasculares, entre otros
Esta revolución en la resolución alcanza a revelar al detalle cómo se forman la placenta y el esqueleto, los cambios que tienen lugar durante la maduración del cerebro, y permite descubrir ‘nuevos estados’ de las células intestinales y vasculares, las respuestas de los pulmones a la covid-19 o cómo la variación genética afecta a las distintas patologías.
Estos y otros progresos en la comprensión de las células del cuerpo humano se publican hoy en Nature y otras revistas del grupo en una colección de más de 40 artículos, liderados por investigadores del consorcio global Human Cell Atlas (HCA), que cuenta con participación española.
Tejido pulmonar humano. / Nathan Richoz Universidad de Cambridge
La era de la alta resolución
Para rastrear la magnitud de este paso adelante, basta con echar la vista unos ocho años atrás, a 2016, cuando se inició el proyecto HCA, como explicó en la rueda de prensa organizada por Nature para presentar estos avances Aviv Regev, bióloga computacional y vicepresidenta ejecutiva de la empresa Genentech.
En términos de comparación con este atlas, basta pensar que antes los científicos solo contaban con el equivalente a los mapas de los siglos XV y XVI, que “tenían alguna información, pero no alta resolución. Reflejaban algunas rutas, algo de la geografía, pero había porciones de terra incógnita [tierra que no había sido explorada]”, apunta Sarah Teichmann, copresidenta fundadora y responsable de genética celular en el Instituto Wellcome Sanger de Cambridge (Reino Unido).
El consorcio HCA se fundó en 2016 con el objetivo de construir un atlas biológico de cada tipo de célula del cuerpo humano. Más de 3 600 miembros en 102 países aportan datos relacionados con 18 redes biológicas del organismo
El consorcio HCA se fundó en 2016 con el objetivo de construir un atlas biológico de cada tipo de célula del cuerpo humano. Más de 3 600 miembros en 102 países aportan datos relacionados con 18 redes biológicas del organismo. Se espera que esté listo en 2026. Algunos de los trabajos ya han sido publicados con anterioridad, como el que permitió determinar las vías de entrada de la covid al organismo.
Atlas del tracto gastrointestinal
Ahora, esta última colección destaca los hallazgos recientes en tres áreas clave. En primer lugar, se han generado nuevos datos a partir de tejidos durante el desarrollo humano, como los liderados por Teichmann, sobre los huesos del cráneo y las articulaciones de la cadera, la rodilla y el hombro. Además, da pistas sobre el orígenes de la artritis y también identifica las células involucradas en las afecciones esqueléticas.
También se presentan análisis integrados de datos disponibles para órganos o sistemas biológicos específicos. Así, otro trabajo del grupo de Teichmann, cuya primera autora es Amanda Oliver, publica el atlas del tracto gastrointestinal, desde los tejidos de la boca hasta el colon, creado a partir de tejido sano y enfermo. Este identifica un tipo de célula que puede estar involucrada en la inflamación intestinal, como ocurre en la enfermedad de Crohn.
“Este estudio muestra que las células que ya están en una etapa metaplásica, es decir, en el camino hacia el cáncer, actúan como inflamatorias y atraen linfocitos”, señala Ángela Nieto, investigadora del Instituto de Neurociencias de Alicante, que analiza para SINC este grupo de nuevos estudios.
Vasos sanguíneos en una muestra de íleon humano. La tinción de inmunofluorescencia muestra las células endoteliales en magenta, marcadas con CDH5, y las células musculares lisas en cian, marcadas con ACTA2.1. / Ana-Maria Cujba
Arquitectura molecular de la placenta
En otro de los trabajos se ha determinado la arquitectura molecular de la placenta humana a partir de unas 70 000 células individuales extraídas de mujeres durante el primer trimestre del embarazo.
En otro de los trabajos se ha determinado la arquitectura molecular de la placenta humana a partir de unas 70 000 células individuales extraídas de mujeres durante el primer trimestre
De hecho, la interrupción de la vasta colección de programas intercelulares e intracelulares conduce a complicaciones del embarazo y defectos en el desarrollo.
Organoides cerebrales
No podía faltar un atlas integrado de células de organoides cerebrales, liderado por Barbara Treutlein, que proporciona información sobre la eficacia con la que los estos miniórganos capturan aspectos del cerebro en desarrollo.
Para Nieto, “esta investigación va a permitir además tener una especie de control de calidad, para que quienes trabajen con organoides de células humanas, en este caso de cerebro, puedan tener una idea de cómo lo están haciendo, porque proporciona unos criterios de calidad bastante bien establecidos”.
El cerebro es el órgano del cuerpo que probablemente tiene el mayor número de tipos de células distintos. Está apenas en las primeras etapas de su mapeo
“En Neurociencias ya existen iniciativas como el Allen Brain Atlas, pero están focalizados solamente en el cerebro. El Human Cell Project propone una descripción sin precedentes de los tipos celulares en diferentes tejidos y órganos”, apunta a SINC Mara Dierssen, presidenta del Consejo Español del Cerebro e investigadora en el Centro de Regulación Genómica (CRG).
“Es más, en enfermedades como el alzhéimer, el párkinson o la esquizofrenia, el HCA puede ayudar a identificar qué células se ven afectadas, cómo cambia su perfil molecular y cuáles podrían ser las mejores dianas terapéuticas”, añade.
Integración computacional
El proceso de recopilación de datos previsto para el primer borrador está prácticamente terminado, como puntualizó Regev. Queda en la actualidad un trabajo de integración computacional. También se han desarrollado herramientas analíticas, incluido un método basado en el aprendizaje automático que busca células similares en función de sus perfiles de expresión.
El proceso de recopilación de datos previsto para el primer borrador está prácticamente terminado
Esto tendrá muchas implicaciones potenciales en el futuro: “Mejorará nuestra comprensión de cómo la diversidad celular influye en las respuestas individuales a los tratamientos médicos y ayudará a investigar las bases genéticas de las enfermedades a nivel celular”, concluye Regev.