Atlas’ de células cerebrales podría impulsar la investigación sobre condiciones neuropsiquiátricas ¿Ya llegamos?

¿Llegamos al 'Atlas' de células cerebrales que impulsa la investigación sobre condiciones neuropsiquiátricas?

foto de un hilo blanco conectando pines, simbolizando conexiones neuronalesCompartir en Pinterest
Un mapeo completo de células cerebrales podría cambiar nuestra comprensión de las condiciones neuropsiquiátricas. ¿Los científicos se están acercando a su compilación? Crédito de la imagen: Martí Sans/Stocksy.
  • En un estudio colaborativo dirigido por la Universidad de California en San Diego, los científicos han examinado más de 1 millón de células cerebrales humanas para crear mapas detallados de reguladores genéticos específicos de diferentes tipos de células cerebrales.
  • Esta investigación no solo demuestra los vínculos intricados entre categorías de células distintas y trastornos neuropsiquiátricos prevalentes, sino que también pionera el uso de inteligencia artificial para predecir el impacto de variaciones genéticas de alto riesgo dentro de estas células, potencialmente revelando información sobre el desarrollo de enfermedades.
  • Este estudio forma una parte vital de la Iniciativa Transformadora del Cerebro (BRAIN, por sus siglas en inglés) del Instituto Nacional de Salud, iniciada en 2014, que busca revolucionar nuestra comprensión del cerebro de mamíferos mediante el avance de neurotecnologías innovadoras para clasificar diversos tipos de células neurales.

Un nuevo estudio, publicado en una edición especial de Science, resalta las conexiones entre tipos específicos de células y varios trastornos neuropsiquiátricos prevalentes.

En el cerebro humano, cada célula posee una secuencia de ADN idéntica, pero los distintos tipos de células utilizan genes diferentes en cantidades variables.

Esta diversidad resulta en la creación de numerosos tipos de células cerebrales y contribuye a la complejidad de las redes neuronales.

Obtener información sobre las distinciones moleculares entre estos tipos de células es crucial para comprender la funcionalidad cerebral y desarrollar enfoques innovadores para abordar trastornos neuropsiquiátricos, como la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la enfermedad de Alzheimer y la depresión mayor.

El cerebro humano no es uniforme, es un sistema intricado

El cerebro humano no es uniforme. Consta de un sistema increíblemente intrincado de neuronas y células no neuronales, cada una con roles distintos.

Crear un mapa completo de estos diversos tipos de células cerebrales y descifrar sus funciones colaborativas conducirá en última instancia a la identificación de tratamientos novedosos que puedan dirigirse específicamente a los tipos de células relevantes asociados con enfermedades particulares.

Cuatro expertos, no involucrados en esta investigación, hablaron con Medical News Today sobre sus hallazgos.

Dr. Ryan S. Sultan es profesor asistente de psiquiatría clínica en el Departamento de Psiquiatría del Centro Médico Irving de la Universidad de Columbia y el Instituto Psiquiátrico del Estado de Nueva York. Señaló que la investigación actual “explora un tema importante en neurociencia y genética”.

El Dr. Sultan explicó que “el estudio es extenso, abarca un análisis de la accesibilidad de la cromatina en 1.1 millones de células de diversas regiones cerebrales”.

Los investigadores identificaron 107 subcategorías únicas de células cerebrales y establecieron conexiones entre aspectos de sus características moleculares y varios trastornos neuropsiquiátricos, como la esquizofrenia, el trastorno bipolar, la enfermedad de Alzheimer y la depresión mayor.

Los modelos de aprendizaje automático pronostican variaciones en la secuencia de ADN

Posteriormente, los investigadores construyeron modelos de aprendizaje automático con el objetivo de pronosticar cómo las variaciones específicas en la secuencia de ADN pueden afectar la regulación génica y contribuir al desarrollo de enfermedades.

Aunque estos hallazgos recientes proporcionan ideas significativas sobre el cerebro humano y sus trastornos, los científicos todavía están en proceso de mapear exhaustivamente el cerebro.

El Dr. James Giordano, profesor del Centro Médico de la Universidad de Georgetown, comentó sobre el número especial de Science, publicado el 13 de octubre de 2023, que aborda la investigación basada en la Iniciativa BRAIN.

Dijo que “estos estudios, publicados en una serie de artículos en destacadas revistas médicas, presentan el primer mapa integral de los mecanismos moleculares inherentes a tipos específicos de células en áreas discretas del cerebro humano”.

“En conjunto, estos estudios ofrecen un ‘atlas molecular’ de nodos de células genotípicamente correlacionados con la expresión de ciertos fenotipos estructurales y funcionales que pueden estar involucrados en varias condiciones neuropsiquiátricas”.

– Dr. James Giordano

La Dra. Consuelo Walss-Bass, profesora de psiquiatría y ciencias del comportamiento y directora del programa de Genética Psiquiátrica en UTHealth Houston, señaló que “la investigación del cerebro humano ha sido históricamente difícil debido a la capacidad limitada para obtener muestras de cerebro humano”.

“Sin embargo, recientemente, los avances en tecnologías genómicas, junto con la mayor disponibilidad de tejido cerebral post mortem, han facilitado la generación de datos omnics a múltiples niveles, incluyendo epigenómica, transcriptómica, proteómica, en el cerebro humano”, agregó.

“Este es un ejemplo seminal de los avances en tecnología, que describe cómo ahora es posible identificar, a nivel de célula individual, regiones de ADN que están involucradas en la regulación de cómo se expresan los genes (genes que se ‘activan o desactivan’). Hasta ahora, faltaba una tecnología que permitiera resolver este nivel de conocimiento a nivel de célula individual”.

– Dra. Consuelo Walss-Bass

El futuro es prometedor, pero se necesita más investigación

Sin embargo, el Dr. Stefan Ivantu, psiquiatra consultor en ADHD Specialist, dijo que sentía que los investigadores todavía tenían un largo camino por recorrer hasta compilar un verdadero “Atlas de células cerebrales”.

“En mi opinión”, nos dijo, “analizar 1 millón de células se considera una muestra pequeña dada la complejidad del cerebro humano. Muy pocas personas son conscientes de que el cerebro humano tiene en promedio 86 mil millones de células que interactúan constantemente entre sí”.

“Lo que lo hace aún más difícil son las interacciones entre las células, que son mucho más complejas”, agregó. “Sin embargo, con herramientas de imagen más poderosas e inteligencia artificial, es posible que podamos comprender los patrones relacionados con condiciones específicas”.

Según el Dr. Ivantu, “[u]n campo más prometedor es la computación cuántica, que junto con los recientes avances en inteligencia artificial puede ser más efectiva para entender el cerebro humano”.

No obstante, señaló que “[e]s extremadamente alentador que los investigadores estén utilizando más tecnología para los próximos pasos en la comprensión del cerebro humano, y creo que este es el enfoque correcto”.

La Dra. Walss-Bass señaló que los investigadores “han identificado áreas del genoma en células cerebrales individuales que determinan si un gen se expresará, es decir, se convertirá en ARN y luego en proteína, para realizar funciones específicas”.

“A partir de esto, los autores pudieron correlacionar genes que previamente se habían asociado con esquizofrenia y otros trastornos psiquiátricos con áreas en el ADN donde se está regulando la expresión de estos genes”, explicó.

“Comprender cómo se regula la expresión génica en tipos específicos de células en el cerebro es un avance importante que ayudará a arrojar luz sobre los mecanismos neurobiológicos de los trastornos psiquiátricos y podría llevar al desarrollo de nuevas terapias para tratar estos trastornos”.

– Dra. Consuelo Walss-Bass

Implicaciones significativas para futuros pacientes

El Dr. Sultan explicó que esta “investigación tiene implicaciones significativas para los pacientes y el público en general”.

“Avanza nuestra comprensión de las bases genéticas de los trastornos neuropsiquiátricos, abriendo potencialmente el camino para tratamientos más específicos y medicina de precisión en neuropsiquiatría”, explicó el Dr. Sultan.

El Dr. Ivantu señaló que, “a corto plazo, las implicaciones para los pacientes y el público serán limitadas. Se necesitan años para que una prueba supere la fase de investigación y recopile las pruebas necesarias para implementarse en la práctica clínica”.

“Sin embargo”, destacó, “a largo plazo podríamos ser capaces de comprender el origen de ciertos trastornos neuropsiquiátricos ¡y posiblemente más!”

“Si la tecnología se vuelve efectiva, esto no solo desempeñará un papel en el tratamiento de las condiciones, sino que también será emocionante en términos de prevención. Por último, lo más importante es establecer un ejemplo con este estudio e incentivar a la comunidad de investigadores a utilizar la IA y la tecnología en sus proyectos”, explicó el Dr. Ivantu.

El Dr. Ivantu estuvo de acuerdo, concluyendo que “el futuro se ve prometedor”.