Tres nuevos atlas desvelan una nueva dimensi¨®n del cuerpo humano

Cada persona es un conjunto de 37 billones de c¨¦lulas ¡ªm¨¢s que galaxias en todo el universo¡ª que trabajan al un¨ªsono para mantenernos vivos y sanos. Entender c¨®mo se coordina esta descomunal orquesta celular para tocar una misma sinfon¨ªa es uno de los mayores enigmas de la biolog¨ªa.

Hoy se publican tres atlas de referencia que desvelan esa coordinaci¨®n en tres ¨®rganos esenciales para la vida: la placenta, que permite que un feto crezca en el seno de la madre sin ser aniquilado, los ri?ones, que limpian la sangre, y los intestinos, que aportan nutrientes esenciales al resto del cuerpo. Estos tres nuevos atlas no solo describen el cuerpo humano c¨¦lula a c¨¦lula y especifican de qu¨¦ tipo son, sino que muestran c¨®mo se agrupan y se relacionan entre s¨ª para formar la arquitectura detallada de cada tejido. Es una nueva dimensi¨®n del cuerpo humano que puede desvelar nuevas claves para entender la salud y la enfermedad.

Los nuevos resultados son fruto de cinco a?os de trabajo del consorcio Atlas Biomolecular Humano, formado por 400 cient¨ªficos generosamente financiados por los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, el mayor organismo p¨²blico de investigaci¨®n biom¨¦dica del mundo; aunque tambi¨¦n participan el Reino Unido y Suiza.

Hace un a?o se conocieron los primeros resultados del Atlas de las C¨¦lulas Humanas, un proyecto m¨¢s internacional impulsado por 3.000 investigadores de 97 pa¨ªses que supuso el primer gran intento de visualizar la orquesta celular humana en su totalidad. En aquella ocasi¨®n importaba ver una primera imagen de la orquesta completa y saber cu¨¢ntos instrumentos hab¨ªa ¡ªunos 500 tipos distintos de c¨¦lulas, cuando se pensaba que solo hab¨ªa 300¡ª. Ahora lo importante es saber d¨®nde se sienta cada m¨²sico, c¨®mo se relaciona con sus vecinos y c¨®mo se distribuyen por grupos. Los resultados, fruto del an¨¢lisis de m¨¢s de dos millones de c¨¦lulas de decenas de personas, se publican hoy en Nature, referente de la mejor ciencia mundial, y en otros seis estudios complementarios que incluyen tambi¨¦n el primer atlas de la piel.

El equipo del genetista Michael Snyder ha recurrido a nueve muestras de intestino extra¨ªdas de personas fallecidas que donaron sus ¨®rganos antes de morir. Los investigadores han analizado la composici¨®n tridimensional c¨¦lula a c¨¦lula de ocho partes del intestino a lo largo de sus siete metros de longitud. Una nueva t¨¦cnica conocida como CODEX les ha permitido secuenciar las prote¨ªnas presentes en cada muestra y obtener sus coordenadas espaciales. Los resultados desvelan que diferentes tipos de c¨¦lulas, como las epiteliales que recubren las paredes internas del tubo digestivo y las inmunitarias que combaten invasores no deseados, forman ¡°vecindarios¡± con funciones determinadas. Estos vecindarios se agrupan a su vez en ¡°comunidades¡± con m¨¢s tipos distintos de c¨¦lulas que colaboran entre s¨ª y determinan el correcto funcionamiento de cada parte del intestino.

Estas agrupaciones var¨ªan con el estado de salud. Por ejemplo, las comunidades celulares de las personas con sobrepeso u obesidad tienen muchos m¨¢s macr¨®fagos, c¨¦lulas inmunitarias que promueven la inflamaci¨®n. Los vecindarios intestinales de las personas con hipertensi¨®n tambi¨¦n son distintos.

El m¨¦dico Sanjay Jain, de la Universidad de Washington, ha completado el atlas del ri?¨®n humano con 45 muestras de personas sanas y otras 48 que sufr¨ªan dolencias renales. Han identificado m¨¢s de 50 tipos de c¨¦lulas sanas, varias de ellas nuevas para la ciencia, otras 30 clases de c¨¦lulas enfermas por dolencias agudas y cr¨®nicas, y otros subtipos de c¨¦lulas que est¨¢n en proceso de recuperaci¨®n tras haber sufrido un da?o externo o interno. ¡°Estamos viendo la interacci¨®n de vecindarios de c¨¦lulas sanas y c¨®mo estos cambian con las enfermedades, lo que probablemente nos ayude a dise?ar nuevas terapias¡±, explic¨® Jain en una rueda de prensa.

El equipo de Michael Angelo, de la Universidad de Stanford, ha compuesto el atlas del tejido que conecta el cuerpo de la madre y su futuro hijo a partir de muestras de 66 mujeres sanas que decidieron abortar entre las seis y las 20 semanas de embarazo.

Este tercer atlas permite observar con una nitidez sin precedentes un momento cr¨ªtico del desarrollo humano al que es muy dif¨ªcil acceder: cuando el embri¨®n invade la cara interna del ¨²tero y se comienzan a redirigir las arterias de la madre para llevar ox¨ªgeno y nutrientes al feto, todo gracias a un nuevo ¨®rgano: la placenta.

En los humanos, esta reconducci¨®n de vasos sangu¨ªneos es enorme comparada con otros mam¨ªferos, incluidos otros primates; no se sabe por qu¨¦. Posiblemente es una adaptaci¨®n evolutiva para permitirnos andar erguidos y a la vez mantener el flujo de sangre suficiente para que el feto desarrolle bien el cerebro y el resto de ¨®rganos en el ¨²ltimo trimestre de embarazo. Esto a su vez hace a los humanos m¨¢s propensos a la preeclampsia, una de las complicaciones m¨¢s frecuentes del embarazo.

El atlas de la placenta desvela relaciones celulares asombrosas. Las asesinas naturales del sistema inmune materno, dise?adas para aniquilar a cualquier invasor, parad¨®jicamente se vuelven a favor del feto y garantizan que el sistema inmune lo tolere a pesar de ser un intruso, desde un punto de vista gen¨¦tico. Este nuevo nivel de comprensi¨®n del desarrollo permite no solo explorar y evitar problemas reproductivos, sino tambi¨¦n otros fen¨®menos similares, como el rechazo de ¨®rganos trasplantados o el crecimiento de tumores.

Cartografiar el cuerpo humano c¨¦lula a c¨¦lula llevar¨¢ a¨²n mucho tiempo. El proyecto de Estados Unidos, que ha llegado a su ecuador, pretende producir atlas detallados de al menos 30 ¨®rganos de los casi 78 que existen, seg¨²n el c¨¢lculo m¨¢s aceptado. Esos datos alimentar¨¢n a su vez el proyecto global del Atlas de C¨¦lulas Humanas, explica Aviv Regev, que fue una de las creadoras de esta iniciativa en 2016 y ahora es jefa de investigaci¨®n de la farmac¨¦utica estadounidense Genentech. ¡°Estos nuevos atlas de referencia son de gran utilidad para todos los investigadores de la salud y la enfermedad porque nos dan una mejor comprensi¨®n de los diferentes tipos celulares en estos tejidos¡±, se?ala. La investigadora destaca otro logro muy reciente: el atlas de referencia de los pulmones humanos, elaborado tras analizar 2,5 millones de c¨¦lulas de 486 donantes de diferentes edades, estado de salud y origen geogr¨¢fico.

¡°Hasta ahora el atlas celular era como cuando en 2006 usabas Google Earth para buscar tu barrio y sal¨ªa una mancha borrosa¡±, explica Miguel de Oliveira Monteiro, jefe de gen¨®mica funcional del Instituto de Investigaci¨®n Biom¨¦dica de Barcelona. Los trabajos publicados hoy usan nuevas t¨¦cnicas de gen¨®mica espacial que permiten darle coordenadas a cada c¨¦lula dentro del tejido y ver en tiempo real qu¨¦ prote¨ªnas, ADN y ARN usan. ¡°Gracias a estas nuevas t¨¦cnicas lo vemos todo en detalle por primera vez y nos muestran el camino a seguir para entender mejor enfermedades como el c¨¢ncer y procesos como el envejecimiento; para comprender lo disfuncional y lo patol¨®gico¡±, razona Oliveira.

Crear el primer atlas celular humano es un reto cient¨ªfico sin precedentes. Primero ha habido que acordar si el atlas ser¨ªa de una sola persona o de muchas, y despu¨¦s juntar los atlas de cada ¨®rgano, realizados con t¨¦cnicas diferentes, y consensuar tambi¨¦n cu¨¢ntos tipos de c¨¦lulas existen en cada uno. El resultado ser¨¢ todo un Frankenstein moderno, pues hay tambi¨¦n un enorme trabajo no solo de an¨¢lisis, sino de programaci¨®n y computaci¨®n para armonizar todos los datos, as¨ª como la creaci¨®n de inteligencias artificiales para gestionarlos.

Holger Heyn, jefe de gen¨®mica de c¨¦lulas individuales del Centro Nacional de An¨¢lisis Gen¨®mico, en Barcelona, dirige la rama de tecnolog¨ªa del Atlas de C¨¦lulas Humanas y ha liderado otra cartograf¨ªa terminada recientemente, la de las am¨ªgdalas, que son la primera l¨ªnea de defensa del organismo contra los pat¨®genos que entran por la boca. Solo en este ¨®rgano se han identificado 121 tipos de c¨¦lulas diferentes. ¡°Entre este a?o y el siguiente esperamos tener los atlas de la mayor¨ªa de los ¨®rganos. Luego vendr¨¢ el mayor reto computacional, que ser¨¢ integrarlos todos en un solo cuerpo, que por definici¨®n incluir¨¢ al mundo entero, porque trabajamos con muestras de la mayor¨ªa de pa¨ªses del mundo. Posiblemente tengamos el primer modelo global en dos a?os m¨¢s¡±, detalla.

La experta en computaci¨®n Katy B?rner, responsable de la plataforma computacional del proyecto estadounidense y experta mundial en mapas cient¨ªficos, aventura c¨®mo ser¨¢ el nuevo mapa celular global. ¡°Ser¨¢ un atlas que describa el cuerpo humano masculino y femenino en toda su latitud y longitud usando un mismo marco de referencia, lo que es un enorme reto dadas las enormes diferencias de tama?o y funci¨®n de los ¨®rganos y las diferentes t¨¦cnicas con las que los estamos cartografiando¡±.

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