El atlas celular más completo desvela los secretos de la salud y la enfermedad humana

Con la publicación hoy de cuatros estudios en la revista « Science », el consorcio internacional Human Cell Atlas de así un paso más en su objetivo de mapear cada tipo de célula en el cuerpo humano para transformar el conocimiento sobre la biología de la salud y enfermedad.

Sarah Teichmann , copresidenta del Comité Organizador del Atlas de Células Humanas, Jefa de Genética Celular en el Instituto Wellcome Sanger (Reino Unido) y autora principal de unos de los trabajos, explica que «la comprensión detallada de las células ayudará a explicar muchos aspectos de la salud y la enfermedad humana. Al comparar células inmunitarias particulares en múltiples tejidos de los mismos donantes, identificamos diferentes tipos de células T de memoria en diferentes áreas del cuerpo, lo que podría tener grandes implicaciones en el manejo de infecciones. Nuestros datos podrían servir como marco para diseñar vacunas o para mejorar el diseño de terapias inmunológicas para atacar el cáncer».

Hasta ahora, la comprensión del sistema inmunitario humano se ha limitado al papel de las células que circulan en la sangre; sin embargo, las células inmunitarias dentro de los tejidos desempeñan un papel clave en el mantenimiento de la salud y la lucha contra las infecciones, explica la investigadora española Cecilia Domínguez Conde , primera autora de una de las dos investigaciones desarrolladas en el Instituto Wellcome Sanger.

En este trabajo se secuenció el ARN de 330.000 células inmunitarias individuales de adulto para comprender la función de las células inmunitarias en diferentes tejidos. El grupo de Domínguez Conde examinó células inmunitarias innatas y adaptativas de 16 tejidos de 12 donantes adultos, lo que dio como resultado perfiles de expresión génica para más de 300 000 células.

Después de crear un catálogo seleccionado de células inmunitarias dentro del cuerpo humano, «desarrollamos una herramienta de aprendizaje automático, CellTypis t, para automatizar la identificación de tipos de células. Usando esta herramienta, identificamos alrededor de cien tipos distintos de células inmunes, incluidos macrófagos específicos, células T y células B y su distribución en diferentes tejidos». Gracias a este enfoque localizaron casi 101 tipos o estados de células inmunitarias de más de un millón de células, incluidos estados celulares previamente subestimados

Los hallazgos, que van más allá de los estudios centrados en uno o unos pocos órganos del sistema inmunitario en desarrollo, revelan que el desarrollo de células sanguíneas e inmunitarias se produce en muchos tejidos periféricos, no solo en los órganos hematopoyéticos primarios .

Lo interesante de nuestros trabajo, y también de los tros tres, explica a ABC Salud la investigadora española, es que «estamos comparando de forma sistemática las características de estos tipos celulares en diferentes tejidos». De esta forma, explica, «hemos podido ver que las células se adpatan a su entorno, que en este caso es el tejido».

Un segundo estudio de esta misma institución presenta el atlas completo del sistema inmunitario humano en desarrollo en todos los órganos , revelando tejidos involucrados en la formación de células sanguíneas e inmunitarias y mejorando así nuestra comprensión de los trastornos inmunológicos.

En este trabajo los investigadores crearon un atlas del sistema inmunitario humano en desarrollo en nueve órganos. Utilizaron innovadoras técnicas identificaron un nuevo tipo de célula B y células T distintivas que aparecen en las primeras etapas de la vida. El equipo utilizó datos del otro estudio Human Cell Atlas para demostrar que estas células inmunitarias particulares no se encuentran en adultos.

« Este atlas mejora nuestra comprensión de los trastornos inmunitarios y sanguíneos . Permite mapear el sistema inmunitario desde el desarrollo hasta la edad adulta, revelando los tipos de células que se pierden a medida que envejecemos», destaca señala Muzlifah Hannifa, autor principal del primer estudio del Instituto Wellcome Sanger y la Universidad de Newcastle .

Una de las promesas de los atlas de células individuales es ayudar a mapear los tipos de células específicas en las que los genes de enfermedades, desde las que causan enfermedades raras como la distrofia muscular, o contribuyen al riesgo de enfermedades comunes como la enfermedad cardíaca, actúan en todo el cuerpo humano. Para ello hay que detallar todos los tipos de células, incluidas las células del músculo esquelético, las células grasas y las neuronas que son difíciles de capturar. Y también es necesario obtener células de un mayor número de individuos.

En otro de los nuevos artículos, investigadores del Instituto Broad (EE.UU.) explican cómo optimizaron la secuenciación de ARN de un solo núcleo para superar el desafío de usar células congeladas y luego crearon un atlas de tejidos cruzados para analizar 200.000 células de múltiples tejidos congelados almacenados centrándose en genes de enfermedades raras y comunes.

Utilizando nuevos algoritmos de aprendizaje automático , el equipo asoció sistemáticamente las células del atlas con 6.000 enfermedades monogénicas (1 único gen) y 2.000 enfermedades y rasgos genéticos complejos para identificar los tipos de células y los programas de genes que podrían estar involucrados en estas enfermedades.

«Nuestro trabajo demuestra una poderosa vía de analizar a gran escala células de muestras de tejido congelado en todo el cuerpo y abre el camino a estudios de tejidos de cohortes enteras de pacientes a nivel de una sola célula», subraya Aviv Regev , copresidenta del Atlas de Células Humanas e investigadora del Instituto Broad y el MIT.

En su opinión, esta información ha diseñado «una nueva hoja de ruta para múltiples enfermedades, al relacionar directamente las células con la biología de la enfermedad humana y los genes de riesgo de enfermedad en todos los tejidos».

El cuarto de los estudio, denominado Tabula Sapiens , presenta un atlas celular un atlas digital masivo que mapea la expresión génica en casi 500.000 células de 24 tejidos y órganos humanos, incluidos los pulmones, la piel, el corazón y la sangre.

El atlas de células Tabula Sapiens es el más grande en incluir múltiples tejidos de los mismos donantes humanos, y el primero en incluir imágenes histológicas de los tejidos e incorporar detalles de las comunidades microbianas que viven junto a las células humanas que componen los diversos compartimentos de la intestino.

«La calidad y la amplitud de estos datos no tienen paralelo», señala el autor principal Stephen Quake, de la Universidad de Stanford . «Este atlas permitirá a los científicos hacer y responder preguntas sobre la salud y las enfermedades humanas que nunca antes habían podido abordar».