Tres nuevos atlas desvelan una nueva dimensión del cuerpo humano

Cada persona es un conjunto de 37 billones de células —más que galaxias en todo el universo— que trabajan al unísono para mantenernos vivos y sanos. Entender cómo se coordina esta descomunal orquesta celular para tocar una misma sinfonía es uno de los mayores enigmas de la biología.

Hoy se publican tres atlas de referencia que desvelan esa coordinación en tres órganos esenciales para la vida: la placenta, que permite que un feto crezca en el seno de la madre sin ser aniquilado, los riñones, 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 célula a célula y especifican de qué tipo son, sino que muestran cómo se agrupan y se relacionan entre sí para formar la arquitectura detallada de cada tejido. Es una nueva dimensión del cuerpo humano que puede desvelar nuevas claves para entender la salud y la enfermedad.

Los nuevos resultados son fruto de cinco años de trabajo del consorcio Atlas Biomolecular Humano, formado por 400 científicos generosamente financiados por los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos, el mayor organismo público de investigación biomédica del mundo; aunque también participan el Reino Unido y Suiza.

Hace un año se conocieron los primeros resultados del Atlas de las Células Humanas, un proyecto más internacional impulsado por 3.000 investigadores de 97 países que supuso el primer gran intento de visualizar la orquesta celular humana en su totalidad. En aquella ocasión importaba ver una primera imagen de la orquesta completa y saber cuántos instrumentos había —unos 500 tipos distintos de células, cuando se pensaba que solo había 300—. Ahora lo importante es saber dónde se sienta cada músico, cómo se relaciona con sus vecinos y cómo se distribuyen por grupos. Los resultados, fruto del análisis de más de dos millones de células de decenas de personas, se publican hoy en Nature, referente de la mejor ciencia mundial, y en otros seis estudios complementarios que incluyen también el primer atlas de la piel.

El equipo del genetista Michael Snyder ha recurrido a nueve muestras de intestino extraídas de personas fallecidas que donaron sus órganos antes de morir. Los investigadores han analizado la composición tridimensional célula a célula de ocho partes del intestino a lo largo de sus siete metros de longitud. Una nueva técnica conocida como CODEX les ha permitido secuenciar las proteínas presentes en cada muestra y obtener sus coordenadas espaciales. Los resultados desvelan que diferentes tipos de células, 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 más tipos distintos de células que colaboran entre sí y determinan el correcto funcionamiento de cada parte del intestino.

Estas agrupaciones varían con el estado de salud. Por ejemplo, las comunidades celulares de las personas con sobrepeso u obesidad tienen muchos más macrófagos, células inmunitarias que promueven la inflamación. Los vecindarios intestinales de las personas con hipertensión también son distintos.

El médico Sanjay Jain, de la Universidad de Washington, ha completado el atlas del riñón humano con 45 muestras de personas sanas y otras 48 que sufrían dolencias renales. Han identificado más de 50 tipos de células sanas, varias de ellas nuevas para la ciencia, otras 30 clases de células enfermas por dolencias agudas y crónicas, y otros subtipos de células que están en proceso de recuperación tras haber sufrido un daño externo o interno. “Estamos viendo la interacción de vecindarios de células sanas y cómo estos cambian con las enfermedades, lo que probablemente nos ayude a diseñar nuevas terapias”, explicó 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 crítico del desarrollo humano al que es muy difícil acceder: cuando el embrión invade la cara interna del útero y se comienzan a redirigir las arterias de la madre para llevar oxígeno y nutrientes al feto, todo gracias a un nuevo órgano: la placenta.

En los humanos, esta reconducción de vasos sanguíneos es enorme comparada con otros mamíferos, incluidos otros primates; no se sabe por qué. Posiblemente es una adaptación 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 órganos en el último trimestre de embarazo. Esto a su vez hace a los humanos más propensos a la preeclampsia, una de las complicaciones más frecuentes del embarazo.

El atlas de la placenta desvela relaciones celulares asombrosas. Las asesinas naturales del sistema inmune materno, diseñadas para aniquilar a cualquier invasor, paradójicamente 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 genético. Este nuevo nivel de comprensión del desarrollo permite no solo explorar y evitar problemas reproductivos, sino también otros fenómenos similares, como el rechazo de órganos trasplantados o el crecimiento de tumores.

Cartografiar el cuerpo humano célula a célula llevará aún mucho tiempo. El proyecto de Estados Unidos, que ha llegado a su ecuador, pretende producir atlas detallados de al menos 30 órganos de los casi 78 que existen, según el cálculo más aceptado. Esos datos alimentarán a su vez el proyecto global del Atlas de Células Humanas, explica Aviv Regev, que fue una de las creadoras de esta iniciativa en 2016 y ahora es jefa de investigación de la farmacéutica 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 comprensión de los diferentes tipos celulares en estos tejidos”, señala. La investigadora destaca otro logro muy reciente: el atlas de referencia de los pulmones humanos, elaborado tras analizar 2,5 millones de células de 486 donantes de diferentes edades, estado de salud y origen geográfico.

“Hasta ahora el atlas celular era como cuando en 2006 usabas Google Earth para buscar tu barrio y salía una mancha borrosa”, explica Miguel de Oliveira Monteiro, jefe de genómica funcional del Instituto de Investigación Biomédica de Barcelona. Los trabajos publicados hoy usan nuevas técnicas de genómica espacial que permiten darle coordenadas a cada célula dentro del tejido y ver en tiempo real qué proteínas, ADN y ARN usan. “Gracias a estas nuevas técnicas lo vemos todo en detalle por primera vez y nos muestran el camino a seguir para entender mejor enfermedades como el cáncer y procesos como el envejecimiento; para comprender lo disfuncional y lo patológico”, razona Oliveira.

Crear el primer atlas celular humano es un reto científico sin precedentes. Primero ha habido que acordar si el atlas sería de una sola persona o de muchas, y después juntar los atlas de cada órgano, realizados con técnicas diferentes, y consensuar también cuántos tipos de células existen en cada uno. El resultado será todo un Frankenstein moderno, pues hay también un enorme trabajo no solo de análisis, sino de programación y computación para armonizar todos los datos, así como la creación de inteligencias artificiales para gestionarlos.

Holger Heyn, jefe de genómica de células individuales del Centro Nacional de Análisis Genómico, en Barcelona, dirige la rama de tecnología del Atlas de Células Humanas y ha liderado otra cartografía terminada recientemente, la de las amígdalas, que son la primera línea de defensa del organismo contra los patógenos que entran por la boca. Solo en este órgano se han identificado 121 tipos de células diferentes. “Entre este año y el siguiente esperamos tener los atlas de la mayoría de los órganos. Luego vendrá el mayor reto computacional, que será integrarlos todos en un solo cuerpo, que por definición incluirá al mundo entero, porque trabajamos con muestras de la mayoría de países del mundo. Posiblemente tengamos el primer modelo global en dos años más”, detalla.

La experta en computación Katy Börner, responsable de la plataforma computacional del proyecto estadounidense y experta mundial en mapas científicos, aventura cómo será el nuevo mapa celular global. “Será 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 tamaño y función de los órganos y las diferentes técnicas con las que los estamos cartografiando”.

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