Detalles sin precedentes sobre nuestros riñones, intestinos y placenta fueron publicados en las reconocidas revistas científicas Nature y Cell Records. Los estudios allanan el camino para crear el primer mapa celular del organismo humano en su totalidad
Desde hace varios años, científicos e investigadores emprendieron una suerte de bojeo al cuerpo humano, con el fin de visualizar el conjunto celular que integra nuestro organismo en su totalidad. Cual navegantes aún andan en busca de nuevas pistas dentro de ese mundo tan complejo, formado por más de treinta billones de células (más que galaxias en el universo) que trabajan al unísono para mantenernos vivos.
Para ayudar a comprender ese planeta celular, un año atrás se presentó el proyecto del primer Atlas de Células Humanas, en el cual intervinieron unos tres mil investigadores de 97 países.
En esa ocasión el mapa ofrecía datos insólitos, como la detección de unos 500 tipos de células, cuando se pensaba que solo existían 300. Además, especificaba su tipología, cómo se agrupan y cómo se relacionan entre sí para formar el diseño detallado de cada tejido. Desde entonces estos instrumentos son clave para descubrir algunos de los mayores enigmas de la biología.
Hoy, una serie de estudios publicados en las revistas científicas Nature y Cell Reports presentaron otros tres innovadores atlas de la placenta, los riñones y los intestinos. Alrededor de cinco años tardó su conformación, en la cual participó un equipo de 400 científicos y expertos de todo el mundo, asociados al consorcio Programa del Atlas BioMolecular Humano (HuBMAP).
Según informó el propio HuBMAP, desde su fundación en 2018 ha tenido como objetivo cartografiar el panorama molecular de las células sanas y su entorno inmediato en el organismo.
“El propósito principal es llenar los vacíos en el conocimiento sobre cómo funciona el cuerpo cuando está sano, además de comprender en profundidad la relación entre la organización celular y la salud”, detalla.
De acuerdo con el doctor Michael Snyder, investigador principal de uno de los proyectos y miembro de la Facultad de Medicina de la Universidad de Stanford, los estudios publicados representan el primer conjunto coordinado de artículos que traza mapas unicelulares de alta resolución de órganos humanos y sus funciones correspondientes.
El científico destacó que estos trabajos brindan datos cruciales sobre la vida y el funcionamiento de las células en “vecindarios celulares”; o sea, agrupadas según las diferentes funciones que realizan en los órganos.
“Se han recolectado múltiples tejidos de donantes humanos individuales. Los mismos provienen de una variedad de etnias y antecedentes médicos, están equilibrados por género y tienen una edad promedio de 51 años”, agregó Snyder.
Tanto él como el resto del equipo que intervino en el estudio coincide en que poco a poco nos acercamos más al sueño de crear el primer mapa global del organismo, lo que permitirá entender mejor nuestro cuerpo en la salud y en la enfermedad.
Cartografiar riñones, placenta e intestinos…
Como ya ha de saber, de los riñones depende la tarea de limpiar la sangre para eliminar residuos y mantener un equilibrio saludable de electrolitos. Imagine entonces tener la posibilidad de seguir el funcionamiento de las células que los componen paso a paso.
Así se refleja en el atlas unicelular presentado por un equipo al frente del cual está el doctor de la Universidad de Washington Snajay Jain. Este abarca 51 tipos celulares en el riñón sano, incluyendo algunos ejemplos raros y novedosos para la ciencia. También identifica 28 especies celulares asociadas a lesiones, dolencias agudas y crónicas o en recuperación.
El estudio permitió caracterizar los rasgos moleculares de las células renales tanto en su estado sano como enfermo y ver como pasan de un estado a otro. Asimismo, se crearon imágenes tridimensionales que revelan su interacción y comunicación dentro de comunidades celulares.
Para ello se analizaron 45 muestras de personas sanas y otras 48 que sufrían dolencias renales, según registra el informe presentado a Nature.
Otro equipo liderado por el doctor Michael Ángelo, de la Universidad de Stanford, logró desarrollar un mapa de alta resolución de la placenta humana durante la primera mitad del embarazo, a partir de muestras de 66 mujeres sanas que decidieron abortar entre las seis y las veinte semanas de gestación.
En lugar de mapear tejidos en un solo órgano, los científicos analizaron aproximadamente 500 000 células y 588 arterias uterinas de 66 muestras de la interfaz de la placenta y el útero.
Las muestras arrojaron pistas sobre cómo las células inmunitarias maternas apoyan la coexistencia con las fetales y el atlas refleja, con una nitidez sin precedentes, un momento crítico del desarrollo humano al que es muy difícil acceder: cuando el embrión invade la cara interna del útero y se comienzan a redirigir las arterias de la madre para llevar oxígeno y nutrientes al feto.
Como detallaron los autores de esta investigación en un resumen de sus conclusiones, publicadas en la revista Science, en los humanos esta reconducción de vasos sanguíneos es enorme comparada con otros mamíferos, incluidos otros primates. “Posiblemente es una adaptación evolutiva para permitirnos andar erguidos y a la vez mantener el flujo de sangre suficiente para que el feto desarrolle bien el cerebro y el resto de órganos en el último trimestre de embarazo. Pero esto, a su vez, hace a los humanos más propensos a la preeclampsia, una de las complicaciones más frecuentes durante el embarazo”, señalan.
De ahí que este nuevo nivel de comprensión del desarrollo permita no solo explorar y evitar problemas reproductivos, sino también otros fenómenos similares, como el rechazo de órganos trasplantados o el crecimiento de tumores.
En tanto, las indagaciones para crear el atlas del intestino, lideradas por el ya mencionado Michael Snyder, tomaron como base nueve muestras de intestino grueso y delgado de donantes fallecidos, y por primera vez lograron crear un mapa espacial de una sola célula de ese órgano.
En el proceso utilizaron una innovadora técnica conocida como Codex para secuenciar las proteínas presentes en cada muestra y determinar sus ubicaciones espaciales exactas.
De esa forma se descubrieron nuevos subtipos de células epiteliales que recubren las paredes internas del tubo digestivo y de las inmunitarias, que combaten invasores no deseados. Se identificaron a la vez “vecindarios o conglomerados” de células que colaboran en la digestión de los alimentos y la protección contra infecciones, entre otras funciones.
Órganos en geografía
El proyecto de HuBMAP, que ya ha llegado a su fase intermedia, pretende producir atlas detallados de al menos 30 órganos de los casi 78 que se estima componen el organismo, según el cálculo más aceptado.
Un logro reciente resultó el atlas de referencia de los pulmones, elaborado tras analizar 2.65 millones de células de 486 donantes de diferentes edades, estado de salud y origen geográfico. Incluso, junto al anuncio de los nuevos planos celulares de la placenta, el intestino y los riñones, se publicaron también otros seis estudios adicionales que incluyen los avances en el primer atlas de la piel.
Tras estos esfuerzos desde el punto de vista biomédico, existe también una ardua labor de programación, cálculos computacionales e inteligencia artificial (IA) para armonizar y gestionar un volumen masivo de datos e información.
El consorcio HuBMAP (financiado por los Institutos Nacionales de Salud de los Estados Unidos), en colaboración con expertos de diversas instituciones, continúa desarrollando herramientas y utilizando la IA para crear mapas espaciales de los componentes moleculares celulares, como ARN, proteínas y metabolitos en 2D y 3D.
“Las técnicas de genómica espacial permiten darle coordenadas a cada célula dentro del tejido y ver en tiempo real qué proteínas, ADN y ARN usan. Gracias a ello lo vemos todo en detalle por primera vez y se muestra el camino a seguir para entender mejor enfermedades como el cáncer y procesos como el envejecimiento”, refiere Miguel de Oliveira Monteiro, jefe de genómica funcional del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona.
En lo adelante, los investigadores se centrarán en recolectar y analizar datos sobre la organización celular de otros órganos humanos sanos, como la vejiga, los ojos y el corazón, con el objetivo de construir un atlas de referencia completo que beneficie la comprensión y el tratamiento de diversas enfermedades.
Los datos disponibles podrían servir de igual manera como guía en medicina regenerativa para diseñar vacunas o mejorar el diseño de terapias inmunológicas para atacar el cáncer.
La doctora Sarah Teichmann, copresidenta del Comité Organizador del Atlas de Células Humanas y autora principal del artículo publicado en Nature, dijo que toda la información obtenida en el marco del proyecto se hará accesible al público de manera gratuita, lo que incluye tanto el software utilizado en la investigación como los resultados. “De esta forma, se pretende facilitar la democratización del conocimiento y fomentar la colaboración en la comunidad científica”, subraya.
Contar con tres nuevos atlas que decodifican los procesos celulares en tres órganos esenciales para nuestra supervivencia es otro logro de la ciencia en las últimas décadas.
Mas cartografiar la totalidad del cuerpo humano requerirá aún de bastante tiempo. Lograr esa especie de mapamundi celular continúa siendo un reto científico sin precedentes.
