El atlas de todos los tipos de células humanas consigue nuevas piezas clave

El objetivo de los más de 2.000 miembros del consorcio internacional Atlas Celular Humano es cartografiar todos los tipos de célula del cuerpo humano y ahora están más cerca gracias a «una gran hazaña»: la publicación de mapas detallados de más de un millón de células individuales en 33 órganos.

Se trata de los atlas celulares transversales más completos hasta la fecha, cuyos datos, publicados en cuatro artículos en la revista ‘Science’, tendrán muchas implicaciones terapéuticas, entre ellas la mejor comprensión de enfermedades comunes y raras, el desarrollo de vacunas, la inmunología antitumoral y la medicina regenerativa.

Hasta ahora, el consorcio se había centrado sobre todo en obtener un conocimiento celular profundo de órganos, tejidos o pequeños subconjuntos de tejidos individuales, pero estos nuevos trabajos, para los que también se ha utilizado aprendizaje automático mediante inteligencia artificial, van más allá.

Investigadores, entre otros, del Instituto Wellcome Sanger (Gran Bretaña), el Instituto Broad del MIT y Harvard, y el Biohub Chan Zuckerberg –estos últimos en EEUU– están detrás de estos mapas de libre acceso, que permiten comparar tipos celulares específicos con gran detalle.

Dos de estos estudios están enfocados al sistema inmune. Históricamente, el conocimiento de este se ha limitado principalmente a la función de las células que circulan en la sangre, pero las células inmunitarias de los tejidos desempeñan un papel fundamental en el mantenimiento de la salud y lucha contra las infecciones.

En uno de ellos, investigadores del Wellcome Sanger y de la Universidad de Cambridge secuenciaron el ARN de 330.000 células inmunitarias individuales de todo el cuerpo para comprender su función en los distintos tejidos. Esto es clave pues el ARN es quien lleva las instrucciones del ADN para el funcionamiento de la célula y solamente a nivel individual se puede entender cómo funciona una célula.

El equipo desarrolló una herramienta de aprendizaje automático (CellTypist) para mecanizar la identificación del tipo de célula a partir de su colección. Con esta herramienta observaron unos cien tipos distintos de células inmunitarias, como macrófagos específicos, células T y células B, y su distribución por diferentes tejidos.

Esto podría tener «grandes implicaciones» en el control de las infecciones, detalla Sarah Teichmann, autora principal del trabajo, para quien podría servir también de marco para el diseño de vacunas o para mejorar el desarrollo de terapias inmunológicas contra el cáncer.

En el otro estudio, también de las mismas instituciones, se describe un amplio atlas del sistema inmunitario en desarrollo a través de los órganos, revelando los tejidos implicados en la formación de la sangre y las células inmunitarias. Asimismo, muestra los tipos de células que se pierden a medida que crecemos, señala un comunicado del Trust.

Además de identificar tipos de células inmunitarias, las investigaciones constatan que ciertos tipos siguen patrones específicos de distribución en los tejidos; comprenderlo puede ayudar al modo en que los tratamientos dirigidos a estas células podrían afectar a otros tejidos, según Joanne Jones, de Cambridge.

El consorcio Tabula Sapiens está detrás del tercer estudio. Con el auge de la biología unicelular, se han creado herramientas, técnicas y procedimientos en cadena únicos que detallan con precisión qué genes expresan las células individuales que componen tejidos y órganos.

Esto promete abrir vías a nuevas terapias, ya que las enfermedades suelen afectar a tipos celulares concretos, resume el Chan Zuckerberg.

Aquí, los investigadores presentan un amplio atlas que mapea la expresión génica de casi 500.000 células vivas de tejidos y órganos, incluidos pulmones, piel, corazón y sangre. Es el primero que incluye imágenes histológicas de los tejidos, entre otras novedades.

El cuarto de los textos habla de tejidos congelados y arroja luz sobre genes de enfermedades raras y comunes.

Uno de los retos de los atlas unicelulares es ayudar a cartografiar tipos celulares específicos en los que actúan genes patológicos –que causan enfermedades raras como la distrofia muscular o que contribuyen al riesgo de enfermedades comunes como las cardiopatías–.

Para ello, es necesario perfilar la variedad de células, a veces ocultas y desconocidas, incluidas las del músculo esquelético, las de la grasa y las neuronas, difíciles de capturar; también, contar con células de un gran número de individuos, lo que requiere recoger y congelar tejidos.

El Instituto Broad presenta por primera vez un mapa de células individuales contenidas en muestras congeladas de 8 órganos y compila un atlas de tejidos cruzados con más de 200.000 perfiles del ARN contenido en los núcleos celulares.

Esto les sirvió para poder identificar el ARN que contiene un solo núcleo celular; este mapa es de tal definición que permite encontrar una sola célula dañada dentro de un tejido, incluso congelado.

Además, utilizando algoritmos de aprendizaje automático asoció las células de este atlas a miles de genes clave que permiten identificar tipos celulares dañados que podrían estar implicados en enfermedades.

Para José Manuel Bautista, catedrático de Biología Molecular de la Universidad Complutense de Madrid, estas publicaciones –en las que no participa– son importantes pues suponen el comienzo para empezar a diseccionar los componentes que regulan cada célula de cada tejido.

«Hasta ahora, los tejidos se veían homogéneos, formados por grupos de células idénticas, pero a partir de este momento se verán como estructuras formadas por las funciones individuales de cada célula, y cómo las relaciones entre ellas mantienen la normalidad y causan enfermedad», concluye.