El atlas más detallado del cerebro revela cuándo y cómo surgen enfermedades como el autismo o la esquizofrenia

Desde el autismo a la esquizofrenia. La información que se publica en ‘Nature’ de 12 estudios del consorcio internacional BRAIN Initiative Cell Atlas Network (BICAN) de los mapas más detallados hasta el momento del desarrollo del cerebro en mamíferos, incluyendo ratones, pero también … humanos, proporciona un esquema detallado de cómo surgen y maduran con el tiempo los diferentes tipos de células cerebrales y, según los autores, estos datos permitirán empezar a descubrir cómo alteraciones en ese proceso pueden conducir a trastornos como el autismo o la esquizofrenia.
Los resultados revelan con una resolución sin precedentes cómo los distintos tipos de células cerebrales emergen y se especializan desde las etapas más tempranas de la vida, así como los factores genéticos y ambientales que influyen en estos procesos
Este atlas, escriben los autores, marca un antes y un después en la comprensión de cómo surge, se organiza y madura este órgano.

«Esta serie de artículos es otro de los resultados de la Iniciativa BRAIN, lanzada por el presidente Obama en el 2013 y que se espera continuará hasta el 2030» asegura Rafael Yuste, director del Centro de NeuroTecnología de la Universidad de Columbia (Nueva York), presidente de la Fundación NeuroRights e impulsor del proyecto BRAIN.
Gracias a tecnologías de secuenciación de célula única y a avanzadas herramientas de mapeo espacial, los investigadores lograron seguir paso a paso cómo las células madre se transforman en neuronas y glías, y cómo estas se organizan en redes funcionales.
Uno de los hallazgos más llamativos muestra que las células cerebrales no se desarrollan en etapas rígidas, sino en olas superpuestas, y que algunos de estos programas de desarrollo pueden reactivarse en la adultez o en enfermedades neurológicas.
En este sentido, los científicos identificaron un tipo de célula progenitora humana vinculada tanto al glioblastoma, una forma agresiva de cáncer cerebral, como a períodos críticos en los que se concentran los riesgos genéticos para trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia o el autismo.
«Esta colección transforma el retrato estático de los tipos celulares en una historia dinámica del cerebro en desarrollo», escribe la investigadora de la Universidad de Oregón (EE.UU.) Emily Sylwestrak en un artículo de News & Views que acompaña la publicación.

Mapa de cerebro con enfermedad de Azlzheimer y sin ella

Martina Bocchetta, Dorit Kliemann and Juan Eugenio Iglesias

Para Laura López-Mascaraque, profesora de investigación del CSIC en el Instituto Cajal, se trata de «una colección de trabajos de enorme envergadura y calidad, fruto de una colaboración internacional excepcional».
Estos mapas del desarrollo cerebral en mamíferos, señala a SMC, «ofrecen una visión extraordinariamente detallada de cómo el cerebro se construye célula a célula, desde sus primeras etapas hasta la madurez. Nos ayudan a entender los periodos críticos del desarrollo, esas ventanas temporales en las que el cerebro es especialmente sensible a los estímulos y también a las alteraciones genéticas o ambientales».
En su opinión, «comprender qué ocurre en esas etapas tempranas es fundamental para explicar el origen de muchos trastornos del neurodesarrollo, desde el autismo hasta la esquizofrenia, y para diseñar estrategias de prevención o intervención más precisas».

Organoides cerebrales

Las nuevas cartografías del cerebro permiten identificar con precisión cuándo y dónde se originan algunas condiciones del neurodesarrollo, y ofrecen pistas para mejorar modelos experimentales, como los organoides cerebrales, o diseñar terapias dirigidas.
En uno de los estudios, un equipo del Instituto Karolinska (Suecia) y la Universidad de Yale (EE.UU.) desarrolló además una innovadora técnica denominada spatial tri-omics, que permite medir simultáneamente la actividad génica, los cambios epigenéticos y la producción de proteínas en áreas específicas del cerebro.
Gracias a esta innovadora tecnología se ha demostrado que ciertos programas moleculares activos durante el desarrollo pueden reactivarse durante procesos inflamatorios, lo que podría arrojar luz sobre enfermedades como la esclerosis múltiple.
«El hallazgo de que la inflamación puede propagarse a zonas cerebrales no dañadas nos da nuevas pistas sobre cómo se comunican las regiones del cerebro y cómo se extienden enfermedades neurológicas», señala Rong Fan, profesor de Yale y coautor del estudio.
Los atlas elaborados por BICAN incluyen datos de más de 1,2 millones de células cerebrales y abarcan desde el ratón hasta el ser humano. Estos recursos muestran que el desarrollo neuronal continúa incluso después del nacimiento, especialmente en regiones implicadas en el aprendizaje, la toma de decisiones y las emociones, lo que sugiere que el cerebro conserva una notable plasticidad durante la infancia.

« Comprender cuándo y dónde se activan genes críticos durante el desarrollo nos permite empezar a desentrañar cómo sus alteraciones conducen a trastornos como el autismo o la esquizofrenia», asegura Hongkui Zeng, directora de Ciencias del Cerebro en el Instituto Allen y una de las autoras principales.
En paralelo, investigadores de la University College London (UCL) presentaron NextBrain, un atlas tridimensional del cerebro adulto humano generado con la ayuda de inteligencia artificial. Tras seis años de trabajo y el análisis de más de 10.000 secciones de tejido cerebral, el equipo logró construir el mapa anatómico más preciso hasta la fecha, capaz de analizar resonancias magnéticas en cuestión de minutos y detectar más de 300 regiones cerebrales.
«El nivel de detalle anatómico de NextBrain es extraordinario», afirma Juan Eugenio Iglesias, autor principal del estudio. «Este recurso permitirá identificar signos tempranos de enfermedades como el alzhéimer y acelerar la investigación sobre el envejecimiento cerebral».
Estos estudios suponen un salto cualitativo en la comprensión de cómo se forma el cerebro y cómo sus alteraciones pueden desembocar en enfermedades neurológicas o psiquiátricas. Como resume Joshua Gordon, exdirector del Instituto Nacional de Salud Mental de EE. UU., «estos mapas proporcionan el andamiaje necesario para construir una comprensión más profunda del desarrollo cerebral en la salud y la enfermedad».
Yuste añade que este atlas de tipos celulares en el desarrollo es imprescindible no solo para entender científicamente cómo se desarrolla el cerebro, algo absolutamente fascinante si uno tiene en cuenta que se ensambla por sí mismo y se autoorganiza sin instrucciones externas, sino que además es una información fundamental para entender las alteraciones y patologías que ocurren durante el embarazo y en las primeras etapas de la vida.
«Estos resultados demuestran cómo la inversión sostenida en el desarrollo y aplicación de nuevos métodos tiene una importancia fundamental para la ciencia y la medicina», concluye Yuste.