El mayor mapa del cerebro en desarrollo revela las fases en las que se originan los trastornos neurológicos

Un consorcio internacional ha elaborado los primeros atlas celulares que reconstruyen cómo se forma y madura este órgano desde el ratón hasta el ser humano. Un total de 12 estudios, publicados en Nature, describen cómo los tipos de células nerviosas emergen y se diversifican en oleadas, lo que permitirá identificar las etapas críticas en las que se gestan enfermedades como el autismo o la esquizofrenia.

El cerebro humano contiene miles de tipos de células que se forman a partir de procesos de desarrollo muy complejos. Comprender cómo surgen y se organizan ha sido una tarea difícil, ya que los estados celulares cambian rápidamente con el tiempo. Ahora, una serie de doce artículos publicados de forma coordinada en Nature por el consorcio internacional BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN) ofrece el primer retrato dinámico y comparativo del cerebro en desarrollo, desde el ratón hasta el ser humano.

El conjunto de 12 estudios en Nature ofrece el primer retrato dinámico y comparativo del cerebro en desarrollo, desde el ratón hasta el ser humano

Los investigadores han utilizado tecnologías de célula única y herramientas espaciales para seguir cómo las células madre se transforman en neuronas y glías, cómo se regula la actividad génica durante el desarrollo y de qué forma las experiencias sensoriales y el entorno influyen en la identidad de las células del cerebro. Los resultados muestran que los tipos celulares no aparecen en fases fijas, sino en oleadas superpuestas, y que algunos programas de desarrollo pueden reactivarse en la edad adulta o en enfermedades.
“Estos atlas ofrecen un plano detallado de cómo los diferentes tipos de células del cerebro emergen y maduran con el tiempo”, explica Hongkui Zeng, directora de ciencias del cerebro en el Instituto Allen y coautora principal. “Al conocer cuándo y dónde se activan los genes clave durante el desarrollo, podemos empezar a entender cómo las alteraciones en ese proceso conducen a trastornos como el autismo o la esquizofrenia”.
Los estudios, respaldados por la BRAIN Initiative del Instituto Nacional de Salud de EE UU (NIH), revelan además que la diversificación de los tipos neuronales continúa tras el nacimiento, especialmente en las células GABAérgicas —que regulan la actividad cerebral— y en la corteza visual. En esta región, nuevas clases de neuronas se forman durante momentos clave como la apertura de los ojos o las primeras experiencias visuales, lo que demuestra que las influencias sensoriales moldean el desarrollo cerebral mucho más de lo que se creía.

Adaptación del cerebro

Según comenta Zeng a SINC, “el hallazgo más revelador ha sido descubrir que las células cerebrales continúan cambiando y diversificándose durante todo el periodo posnatal”. A su juicio, esta prolongada diversificación “podría estar detrás de la capacidad del cerebro para aprender, adaptarse y adquirir nuevas habilidades, pero también hacerlo más vulnerable a influencias externas y, al mismo tiempo, más capaz de corregir disfunciones”.

El Allen Institute ha identificado una célula progenitora ligada al glioblastoma y detectado periodos críticos con mayor riesgo genético para trastornos psiquiátricos

Esta prolongación del desarrollo, añade, “nos obliga a replantear cómo entendemos las causas de los trastornos neuropsiquiátricos: distintos desórdenes podrían implicar alteraciones sutiles en etapas específicas de este proceso, afectando a determinados tipos de células o mecanismos celulares, lo que abre también oportunidades para la intervención”.

Entre los descubrimientos más destacados del equipo del Allen Institute se encuentra la identificación de una célula progenitora humana que podría estar vinculada al glioblastoma —un tipo de cáncer cerebral— y la localización de ventanas temporales en las que se concentran los riesgos genéticos de trastornos psiquiátricos.

Proceso único de maduración retardada

Comparar el desarrollo del cerebro entre especies, desde el ratón hasta el ser humano, ha permitido identificar tanto rasgos comunes como características exclusivas. Sin embargo, “lo más difícil de estudiar o modelar en el cerebro humano es su prolongado desarrollo posnatal, que puede durar unos 20 años, frente a los 35 días del ratón”, señala la investigadora. “El cerebro humano tiene un proceso único de maduración retardada, llamado neotenia, que podría ser la base de capacidades como el lenguaje o la inteligencia, pero precisamente esa duración lo hace muy difícil de capturar experimentalmente”.

 

De cara al futuro, la científica indica a SINC que el consorcio BICAN pretende “crear mapas completos del desarrollo celular en todo el cerebro animal, superponer los datos humanos disponibles y alinear los resultados entre especies para llenar los vacíos críticos en nuestro conocimiento”.

El objetivo, añade, “es realizar análisis computacionales y simulaciones a gran escala para entender las fuerzas moleculares que impulsan el desarrollo del cerebro y, a partir de ahí, iniciar estudios funcionales que expliquen cómo surgen la sensación, el comportamiento y otras funciones cerebrales con el tiempo”.

 

¿Qué hace único al cerebro humano?

Según Zeng, este esfuerzo tendrá un triple impacto: “Primero, comprenderemos mejor qué hace único al cerebro humano. Segundo, podremos estudiar con mayor precisión cuándo y dónde cambian los cerebros enfermos, tanto en tejidos humanos como en modelos animales. Y tercero, este conocimiento nos permitirá diseñar mejores modelos in vitro y terapias más precisas basadas en genes y células para tratar enfermedades neuropsiquiátricas”.

«Este conocimiento nos permitirá diseñar mejores modelos in vitro y terapias más precisas basadas en genes y células para tratar enfermedades neuropsiquiátricas

Hongkui Zeng»
La colección de datos del BICAN constituye un recurso fundamental para futuros estudios que busquen relacionar etapas del desarrollo con la vulnerabilidad a enfermedades. También servirá para mejorar el diseño de organoides cerebrales y modelos animales, y para desarrollar terapias dirigidas a periodos críticos del desarrollo. Aunque aún quedan regiones cerebrales por estudiar y retos en la integración de los datos, los investigadores aseguran que estos primeros atlas son un paso decisivo hacia una comprensión completa del cerebro en crecimiento.

 

 

 

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