El primer atlas del cerebro ayudará a entender qué nos hace humanos

Un proyecto internacional que comenzó en 2017 y cuyo objetivo es estudiar los tipos de células del cerebro y sus funciones en humanos, primates no humanos y roedores ha logrado un hito científico sin precedentes: el primer atlas de las células del cerebro humano. Este mapa permitirá a los científicos estudiar cómo funcionan los circuitos neuronales que intervienen en los comportamientos complejos que nos hacen humanos: desde emocionarnos al escuchar música, a tomar decisiones éticas o ser creativos.

El cerebro está formado por casi cien mil millones de neuronas y un número similar de células no neuronales, como astrocitos y oligodendrocitos. En 2017 se creó Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies (BRAIN) Initiative-Cell Census Network (BICCN) o red de investigación para el censo de células cerebrales, que incluye a más de 30 laboratorios de diferentes ámbitos, y que pretendía identificar, caracterizar y mapear cada tipo de célula del cerebro en humanos, primates no humanos y ratones.

Ahora, una serie de 24 artículos científicos que se han publicado en su mayoría en las revistas científicas Science y Science advances han mostrado los primeros resultados relevantes: la composición celular detallada del cerebro humano, tanto adulto como durante su desarrollo. Gracias al empleo de las tecnologías más avanzadas que hasta ahora solo se aplicaban a modelos animales, se han logrado caracterizar casi 3.000 tipos de células cerebrales humanas.

“Estos estudios podrían suponer una puerta de entrada para entender las causas de enfermedades como el autismo, o enfermedades neurodegenerativas como la demencia, el párkinson, o el alzhéimer”

Estos hallazgos ayudarán a los científicos a identificar qué tipos celulares se ven más afectados por ciertas mutaciones que dan lugar a enfermedades neurológicas. En opinión de Javier Morante Oria, científico titular del CSIC en el Instituto de Neurociencias (CSIC-UMH): “Estos estudios representan un hito en la historia de la biología, a la altura de la secuenciación del genoma humano en el año 2000, y podrían suponer una puerta de entrada para entender las causas de enfermedades como el autismo o trastornos psiquiátricos con un origen embrionario, o enfermedades neurodegenerativas como la demencia, el párkinson, o el alzhéimer, cuya manifestación tiene lugar en la vejez”, ha declarado a SMC España.

También podrían ayudar a desarrollar nuevos medicamentos contra tumores cerebrales, como indican dos de los estudios, que han sido realizados en el Instituto Karolinska (Suecia).

Diferencias entre los cerebros de cada persona

Como explica Francisco José Esteban Ruiz, Profesor Titular de Biología Celular de la Universidad de Jaén, en un artículo publicado en Theconversation.com, el nuevo mapa de las células cerebrales se ha realizado en “tres diferentes niveles de estudio: el transcripcional, que nos indica la función de las células a través de la expresión de sus genes; el epigenético, que nos revela cómo se activan o desactivan estos genes por la edad y por factores ambientales; y el nivel funcional, que se refiere, por ejemplo, a si las neuronas excitan o inhiben a otras neuronas”.

Los investigadores, señala, no solo han encontrado variaciones entre regiones cerebrales, sino también entre los cerebros de cada persona, algo que era de esperar y que confirma que “no existe un único prototipo de cerebro humano, sino un amplio rango genético y de respuesta al ambiente, tanto en individuos sanos como en diferentes estados de enfermedad”.

Según este experto, los hallazgos indican que el cerebro no es nada homogéneo y que, aunque todas las células del cerebro comparten el mismo ADN, cada una de ellas usa diferentes genes en distintas cantidades, lo que da lugar a un nivel de diversidad y especialización celular asombrosos. Cada área cerebral contiene un conjunto específico de tipos de células y en diferentes estados funcionales. Además de ayudarnos a entender cómo funciona el cerebro, conocerlos ayudará a tratar enfermedades cuya alteración cerebral puede ser diferente según la persona que lo sufra, como los tumores cerebrales, la epilepsia o la esclerosis múltiple, entre otras.

Otra investigación revela que, aunque compartimos una estructura celular cerebral básica con los chimpancés y los gorilas, nuestras neuronas utilizan diferentes genes para conectarse y formar circuitos en el cerebro. Un hallazgo que significa que pequeños cambios en las conexiones neuronales podrían impulsar evolutivamente nuestras capacidades cognitivas, como el razonamiento complejo y la creación de lenguajes avanzados.

Implicaciones en trastornos como el autismo

El proyecto de investigación incluye el estudio del desarrollo de la corteza cerebral humana desde la etapa prenatal y durante muchos años tras el nacimiento. Se han analizado pormenorizadamente más de 700.000 células procedentes de 169 muestras de tejido de 106 donantes, lo que ha permitido conocer cómo se desarrollan y se diferencian diversas células en el cerebro, incluyendo las neuronas que se encargan de emitir señales eléctricas.

Estos hallazgos pueden tener importantes implicaciones en trastornos del desarrollo como el autismo, ya que indican cómo pequeños cambios en el complejo desarrollo celular puede llevar a condiciones que afectan profundamente a la interacción social y comunicativa. Por ejemplo, al comprender mejor cómo las neuronas y las células gliales se desarrollan y se comunican entre sí, podemos comenzar a develar por qué, en algunas personas, este proceso difiere y cómo esto puede impactar en la forma en la que perciben e interactúan con el mundo.

El estudio también ilumina las sutiles pero significativas diferencias en la expresión génica entre niñas y niños respecto al autismo, proporcionando un prisma a través del cual poder examinar por qué este trastorno muestra diferentes tasas de incidencia y manifestación entre géneros.

“Independientemente de la enorme valía de cada uno de los resultados publicados, el esfuerzo interdisciplinar aquí demostrado permite avanzar hacia el objetivo común de conocer el desarrollo y el funcionamiento del cerebro que nos hace humanos. Además de abrir las puertas a una nueva era de investigación en el origen de las enfermedades neurológicas”, concluye el profesor Ruiz.