Develaron el mayor atlas celular del cuerpo humano: cómo ayudará a comprender la inmunidad y la enfermedad

El vertiginoso avance de la ciencia permite conocer cada vez más información sobre el cuerpo humano, que se traduce luego en progresos en el tratamiento de enfermedades o el entendimiento del origen de patologías de las que poco se sabe.

Es el caso de lo que acaban de develar cuatro importantes estudios colaborativos realizados por investigadores del Instituto Wellcome Sanger del Reino Unido, el Instituto Broad del MIT y Harvard en los EEUU, y el Chan Zuckerberg Biohub del mismo país, y sus colaboradores internacionales.

Investigadores del consorcio internacional Human Cell Atlas (HCA) crearon mapas altamente detallados de más de un millón de células individuales en 33 órganos y sistemas en todo el cuerpo humano, que brindan nuevos conocimientos biológicos sobre la salud y las enfermedades humanas y el funcionamiento del sistema inmunológico.

Estos atlas de células multitejidos complementarios contribuirán a la creación de un solo atlas de células humanas y tendrán muchas implicaciones terapéuticas, incluida la información sobre nuestra comprensión de las enfermedades comunes y raras, el desarrollo de vacunas, la inmunología antitumoral y la medicina regenerativa.

“Recolectamos múltiples tejidos de donantes humanos individuales y realizamos análisis coordinados de transcriptomas unicelulares en células vivas. Los donantes provienen de una variedad de etnias, están equilibrados por género, tienen una edad promedio de 51 años y tienen una variedad de antecedentes médicos”, detallaron los autores en el resumen de sus conclusiones publicadas en la revista Science. Los expertos en tejidos utilizaron una terminología de ontología celular definida para anotar los tipos de células de forma coherente en los diferentes tejidos, lo que dio lugar a un total de 475 tipos de células distintas con perfiles de transcriptomas de referencia. El conjunto de datos completo se puede explorar en línea con la herramienta cellxgene.

Y ampliaron: “Se recogieron datos de vejiga, sangre, médula ósea, ojo, grasa, corazón, riñón, intestino grueso, hígado, pulmón, ganglio linfático, mamario, músculo, páncreas, próstata, glándula salival, piel, intestino delgado, bazo, timo, lengua, tráquea, útero y vasculatura. Se recolectaron, procesaron y analizaron 59 muestras separadas en total, y 483.152 células pasaron el filtrado de control de calidad”.

Y tras especificar que “por compartimento, el conjunto de datos incluye 264.824 células inmunitarias, 104.148 células epiteliales, 31.691 células endoteliales y 82.478 células estromales”, los investigadores precisaron que “trabajar con células vivas, en lugar de núcleos aislados, aseguró que el conjunto de datos incluya todas las transcripciones de ARNm dentro de la célula, incluidas las transcripciones que han sido procesadas por la maquinaria de empalme de la célula, lo que permite conocer la variación en el empalme alternativo”.

La Tabula Sapiens, tal como denominan al “mapa”, algo así como una tabla periódica de células humanas, “también brindó la oportunidad de muestrear densa y directamente el microbioma humano en todo el tracto gastrointestinal. Los intestinos de dos donantes se seccionaron en cinco regiones: duodeno, yeyuno, íleon y colon ascendente y sigmoide. Se seccionó cada sección y se recolectaron de tres a nueve muestras de cada ubicación, seguido de amplificación y secuenciación del gen del ARN ribosomal 16S”.

Los estudios previos de una sola célula se habían centrado principalmente en un tipo de tejido a la vez, para crear mapas específicos de tejido. Usando su nueva tabla, el equipo construyó un atlas masivo de cientos de miles de células en múltiples tejidos del cuerpo. Esto les permitió descubrir nuevas funciones y programas de expresión génica inesperados para varios tipos de células, como los programas de células musculares que se expresan en las células del tejido conectivo pulmonar. Los hallazgos también revelaron similitudes genéticas entre células en diferentes tejidos y vincularon ciertos tipos de células con enfermedades específicas por primera vez.

El atlas es el primer atlas de tejidos cruzados que se basa en mediciones de actividad génica dentro de núcleos celulares individuales, lo que permitió al equipo capturar una mayor variedad de tipos de células que los métodos existentes que miden la expresión génica de toda la célula.

Aviv Regev es el coautor principal del estudio, y quien fuera miembro central del instituto Broad cuando comenzó el estudio. Actualmente es director de Genentech Research y Desarrollo Temprano y sostuvo: “Estos estudios representan un momento clave para la investigación unicelular y el Human Cell Atlas. En nuestro estudio, hemos demostrado que este enfoque puede generar conocimientos cruciales sobre el papel de las células y los tejidos en muchas enfermedades, lo que generará nuevas investigaciones científicas y biomédicas destinadas al objetivo compartido de revolucionar la medicina”.

Las posibilidades que abre el hallazgo

Una de las promesas de los atlas de células individuales es ayudar a mapear los tipos de células específicas en las que los genes de enfermedades, desde las que causan enfermedades raras como la distrofia muscular o contribuyen al riesgo de enfermedades comunes como la enfermedad cardíaca, actúan en todo el cuerpo humano. Necesita perfilar todos los tipos de células, incluidas las células del músculo esquelético, las células grasas y las neuronas que son difíciles de capturar. Las células de un mayor número de individuos también son vitales, lo que requiere que los científicos recolecten y congelen los tejidos antes del análisis.

La doctora Sarah Teichmann, copresidenta del Comité Organizador del Atlas de Células Humanas, directora de Genética Celular del Instituto Wellcome Sanger y autora principal del artículo, sobre esto reseñó: “Una comprensión detallada de las células a través del Atlas de Células Humanas ayudará a explicar muchos aspectos de la salud y la enfermedad humanas. Al comparar células inmunitarias particulares en múltiples tejidos de los mismos donantes, identificamos diferentes sabores de células T de memoria en diferentes áreas del cuerpo, lo que podría tener grandes implicaciones en el manejo de infecciones. Nuestros datos disponibles abiertamente contribuirán al Atlas de Células Humanas y podría servir como marco para diseñar vacunas, o para mejorar el diseño de terapias inmunológicas para atacar el cáncer”.

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