El mapa del cerebro que puede cambiar la medicina

Científicos crearon uno de los mapas más detallados del cerebro humano a escala celular, con más de 6,3 millones de núcleos procedentes de 1.494 personas.

El trabajo fue presentado esta semana por el consorcio internacional PsychAD, una iniciativa científica impulsada en 2019 con apoyo del Instituto Nacional sobre el Envejecimiento de Estados Unidos.

La investigación reúne nueve estudios publicados simultáneamente en revistas del grupo Nature. En conjunto, analizan cómo funcionan las células cerebrales, cómo envejecen y qué cambios aparecen en enfermedades como el alzhéimer, el párkinson, la esquizofrenia y otras demencias.

El objetivo es comprender qué ocurre en el cerebro a una escala mucho más precisa que la que permitían los estudios tradicionales.

Millones de células bajo el microscopio

El principal atlas analiza la corteza prefrontal dorsolateral, una región relacionada con funciones cognitivas superiores, como la planificación y la toma de decisiones.

Los investigadores estudiaron más de 6,3 millones de núcleos celulares provenientes de 1.494 donantes.

La muestra incluyó personas con alzhéimer, párkinson, enfermedad de cuerpos de Lewy, demencia vascular, esquizofrenia y trastorno bipolar. También incorporó personas sin diagnósticos neurológicos o psiquiátricos.

En lugar de observar el cerebro como un órgano uniforme, los científicos pudieron analizar diferencias entre tipos específicos de células.

Así identificaron procesos moleculares compartidos por distintas enfermedades, pero también características particulares de cada trastorno.

Los investigadores encontraron además trayectorias celulares relacionadas con la progresión de las enfermedades y con síntomas neuropsiquiátricos.

Esto puede ayudar a explicar por qué dos personas con un mismo diagnóstico pueden desarrollar síntomas diferentes.

El cerebro cambia durante toda la vida

Otro de los estudios se concentró en el envejecimiento.

Los científicos analizaron más de 1,3 millones de núcleos procedentes de 284 donantes neurotípicos, con edades desde la infancia hasta los 97 años.

El análisis permitió observar cómo cambia la actividad de los genes en diferentes tipos de células cerebrales a lo largo de la vida.

Los investigadores identificaron tres grandes etapas de cambios moleculares relacionadas con el desarrollo, la adultez y el envejecimiento.

También encontraron modificaciones relacionadas con los ritmos circadianos de las células cerebrales.

En particular, observaron una pérdida de sincronización de los relojes internos de las neuronas y la aparición de ritmos asociados con estrés en células gliales durante el envejecimiento.

Estos resultados ofrecen una visión más detallada de cómo el cerebro cambia con la edad y qué procesos pueden estar relacionados con su vulnerabilidad.

Una pista para entender el alzhéimer

La investigación también aporta información sobre por qué el alzhéimer puede evolucionar de manera diferente entre las personas.

Uno de los estudios utilizó inteligencia artificial para analizar más de seis millones de núcleos y desarrollar PASCode, un sistema capaz de identificar células asociadas con características específicas de la enfermedad.

Los investigadores identificaron aproximadamente 1,5 millones de células asociadas a distintos rasgos del alzhéimer en 584 donantes con características relacionadas con la enfermedad.

Entre los rasgos estudiados estuvieron el deterioro cognitivo y síntomas neuropsiquiátricos como la depresión.

El hallazgo resulta importante porque el alzhéimer no afecta a todas las personas de la misma manera.

En lugar de buscar una única explicación para la enfermedad, los científicos están identificando diferentes rutas celulares y moleculares que podrían estar involucradas en cada paciente.

Del diagnóstico general a la medicina de precisión

Otro estudio encontró una diversidad biológica considerable entre las personas con alzhéimer.

Los investigadores desarrollaron un modelo de genómica funcional personalizada capaz de analizar redes moleculares específicas de cada donante a escala celular.

La idea es avanzar hacia una medicina en la que las características biológicas de cada persona ayuden a determinar qué mecanismos de la enfermedad deberían ser tratados.

Todavía no significa que los médicos puedan utilizar este atlas para seleccionar un tratamiento individual en la práctica clínica.

Sin embargo, los resultados pueden ayudar a identificar futuras dianas terapéuticas y explicar por qué determinados procesos aparecen en unas personas y no en otras.

También buscan explicar el riesgo genético

Dos de los trabajos estudiaron cómo las variantes genéticas relacionadas con enfermedades cerebrales pueden influir en células específicas.

Los grandes estudios genéticos ya han identificado miles de variantes asociadas con trastornos neurológicos y psiquiátricos.

El problema es que saber que una variante está relacionada con una enfermedad no siempre explica qué célula afecta, qué gen modifica o qué proceso biológico altera.

Los nuevos análisis permiten conectar ese riesgo genético con tipos celulares y mecanismos concretos.

Esto puede ayudar a convertir información genética general en hipótesis más precisas sobre el origen de determinadas enfermedades.

Un atlas abierto para la ciencia

Uno de los aspectos más importantes del proyecto es que los investigadores pretenden que los datos sean utilizados por científicos de todo el mundo.

El conjunto de datos y las herramientas desarrolladas por PsychAD están disponibles mediante plataformas científicas especializadas, con controles de acceso destinados a proteger la privacidad de los participantes.

El consorcio busca ampliar progresivamente su escala hasta alcanzar 10.000 personas.

Con ese crecimiento, los investigadores esperan obtener una representación todavía mayor de la diversidad biológica del cerebro humano.

Por ahora, los nueve estudios ofrecen una nueva ventana para estudiar el envejecimiento cerebral y las enfermedades neurológicas y psiquiátricas.

Más que un mapa estático, el atlas funciona como una herramienta para observar qué células cambian, qué genes se activan y qué procesos pueden estar detrás de la enfermedad.

Y esa información podría convertirse, con más investigación, en una de las bases para desarrollar tratamientos cada vez más personalizados.

Con información de Nature, Nature Medicine, Nature Genetics, Nature Communications y Mount Sinai.

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