El mapa más detallado del cerebro del ratón guía el camino para descifrar la mente humana
CIENCIA
Los resultados del trabajo, publicados en 12 artículos en «Nature», ayudan a comprender mejor la organización de este órgano, los circuitos neuronales y la función de cada una de sus células, además de contribuir a la investigación de los trastornos neurológicos en humanos.
13 dic 2023 . Actualizado a las 19:29 h.La investigación neurológica acaba de producir un avance de los que hacen historia al caracterizar por primera vez y de forma completa el cerebro de un mamífero, en este caso un ratón, lo que facilitará tanto la mejor comprensión del humano como el tratamiento de las enfermedades que le afectan. Supone, al mismo tiempo, una especie de guía para poder descifrar también la mente humana.
La revista científica Nature dedica este miércoles un número especial a este hallazgo, diseminado en una decena de publicaciones científicas financiadas a través de la iniciativa Brain, que lleva años intentado mapear el cerebro de varias especies para avanzar en el conocimiento del humano.
Los investigadores han logrado un atlas completo del cerebro del ratón, describiendo su estructura y organización, todos los tipos de células que hay en él, sus funciones a nivel individual y en los circuitos neuronales, así como el papel potencial de cada una de estas estructuras cerebrales en las enfermedades. «Nuestra cartografía del sistema nervioso del ratón es la culminación de una década de trabajo, en la que hemos desarrollado la tecnología para obtener el conjunto más grande de datos unicelulares y espaciales jamás generado del cerebro de un mamífero», señala Evan Moscoso, uno de los autores perteneciente al Instituto Broad, de las universidades de Harvard y MIT. «Se trata de todo el cerebro, algo que no se había logrado antes», agrega.
Uno de los retos de la neurociencia era determinar cómo se activan y desactivan los genes para formar ese mosaico de tipos celulares existentes en el cerebro. Ahora, los investigadores han logrado medir la actividad de todos los genes que integran el genoma de cada célula del cerebro de ratón, y asignar a cada una de esas células su ubicación y misión.
«Comprender los elementos reguladores en estos tipos celulares y su desarrollo es fundamental para entender trastornos del neurodesarrollo, como el autismo o la esquizofrenia», afirma Hanqing Liu, otra de las autoras asociada al Instituto Salk de Estudios Biológicos. El trabajo también allana el camino para lograr este tipo de datos en el cerebro humano e identificar el origen de los trastornos neurodegenerativos.
Rafael Yuste, director del Centro de Neurotecnología de la Universidad de Columbia, opina que esta remesa de hallazgos es «impresionante», constituye «ciencia a gran escala», y le recuerda al «proyecto del genoma humano», según una valoración recogida por SMC España.
En uno de los artículos, los investigadores Zizhen Yao y Hongkui Zeng del Instituto Allen de Ciencias del Cerebro (EE UU) y sus colegas describen cómo han creado el mapa cerebral de alta resolución, a partir de una combinación de secuenciación de ARN unicelular de unos 4 millones de células y datos transcriptómicos [transcriptos de ARN o copias de la secuencia de ADN de un gen] espaciales de unos 4,3 millones de células.
Esta transcriptómica espacial, que permite posicionar dentro del mapa cerebral los distintos tipos celulares, es una de la novedades del trabajo, un avance que ha sido posible gracias a nuevas técnicas de microscopía aplicadas sobre los cortes histológicos efectuados al cerebro de ratón.
El atlas de los tipos celulares se presenta en cuatro niveles de clasificación organizados jerárquicamente: 34 clases, 338 subclases, 1.201 supertipos y 5.322 grupos o clusters.
Los resultados revelan características únicas de la organización de los tipos celulares en las distintas regiones cerebrales: la parte dorsal contiene pocos tipos celulares pero muy diversos, mientras que la parte ventral contiene tipos neuronales más numerosos y más estrechamente relacionados entre sí. Se identifica un papel de los factores de transcripción en la determinación de la clasificación de los tipos celulares en todo el cerebro.
La investigación también reveló la sorprendente diversidad celular en regiones cerebrales poco estudiadas, especialmente el mesencéfalo, la protuberancia, la médula y el hipotálamo.
«Sospechábamos que la mayor diversidad se encontraría en estas zonas, así que les dimos prioridad en nuestro perfil», explica Macosko, «y gran parte de lo que realmente hace el cerebro se encuentra en estas zonas básicas, que han recibido muy poca atención en comparación con el córtex; nuestros resultados subrayan la necesidad de estudiarlas más a fondo».
Uno de los estudios, por ejemplo, se centra en los tipos celulares asociados a la retina del ojo, y los resultados revelan un origen común en los vertebrados, a pesar de que varíen mucho entre los diferentes grupos. Los peces necesitan ver bajo el agua, los ratones y los gatos requieren una buena visión nocturna, y los monos y los humanos desarrollaron una vista diurna muy aguda para cazar y buscar comida. Algunos animales ven colores vivos, mientras que otros se conforman con ver el mundo en blanco y negro.
Sin embargo, una gran variedad de células son comunes a toda una serie de especies de vertebrados, lo que sugiere que los programas de expresión génica que definen estos tipos se remontan probablemente al ancestro común de los vertebrados con mandíbula, concluyen estos autores, liderados por Karthik Shekhar desde la Universidad de California en Berkeley (EE UU). Además, el nuevo mapa detallado de los tipos celulares de retinas de vertebrados también podría ayudar a investigar enfermedades oculares humanas, como el glaucoma.