Científicos crean mapa del cuerpo humano célula por célula

Investigadores han creado un mapa preliminar de algunas de las cerca de 37,2 billones de células en el cuerpo humano.

Cada tipo de célula tiene un papel específico, y conocer lo que hace cada una de ellas puede ayudar a los científicos a tener un mejor entendimiento sobre la salud y enfermedades como el cáncer.

Los científicos se enfocaron en ciertos órganos —esquematizando las funciones de las células en la boca, el estómago y los intestinos, así como en las células que determinan la manera en que se desarrollan los huesos y articulaciones. También analizaron cuáles son las células que se agrupan en los tejidos, dónde se ubican dentro del cuerpo, y cómo cambian con el paso del tiempo.

Esperan que el atlas de alta resolución —considerado un primer borrador— ayude a los investigadores a combatir enfermedades que dañan o corrompen a las células humanas.

“Cuando las cosas salen mal, primero que nada, salen mal con nuestras células”, dijo Aviv Regev, copresidente del consorcio Human Cell Atlas que participó en la investigación del atlas, el cual es de acceso libre.

Los hallazgos fueron publicados el miércoles en Nature y otras revistas relacionadas.

El grupo planea lanzar un atlas más completo en 2026, perfilando células en 18 órganos y sistemas del cuerpo, como la piel, el corazón y los senos, entre otros.

El mapa celular actual no solo traza los distintos tipos de células humanas, sino que también muestra las relaciones que tienen las células entre sí, dijo el doctor Timothy Chan, un experto en cáncer de la Cleveland Clinic.

Chan señaló que el proyecto ofrece una mirada a fondo de la biología humana, el cual seguramente tendrá un uso práctico en cuestiones como identificar y tratar células cancerosas.

“Cada tipo de células tiene su talón de Aquiles”, dijo Chan, quien no participó en la investigación. “Esto va a ser una bendición” en la investigación contra el cáncer.

Los científicos también trabajan en otros atlas que podrían ayudarles a comprender de mejor manera la salud y la enfermedad en partes específicas del cuerpo humano.

Este se trata de un trabajo descomunal, pues hasta ahora solo se habían secuenciado células de órganos individuales. Es como publicar toda la información contenida en Google Maps a lo largo del mundo cuando hasta ahora solo aparecían las grandes ciudades.

Este avance tendrá implicaciones de todo tipo en el conocimiento del cuerpo humano, desde la comprensión de enfermedades, tanto las más comunes como las poco frecuentes, hasta la detección de efectos secundarios a nuevos medicamentos sin necesidad de testarlos en personas, pasando por el descubrimiento de vacunas, tratamientos inmunológicos contra los tumores o el desarrollo de la medicina regenerativa.

En cierta manera, este hito viene a completar aquel que se dio a conocer hace poco más de un mes, cuando se presentó la lectura completa del genoma humano, rellenando ese 8 % de información que no había podido extraerse hasta el momento. Ambos trabajos serán la referencia para muchos investigadores que busquen investigar la causa o los efectos de cualquier enfermedad en el cuerpo humano, así como profundizar en la función de cada elemento que conforma nuestro ser.

El trabajo ha sido obra de investigadores de la Universidad de Standford, el Chan Zuckerberg Initiative, el Broad Institute de Harvard y el MIT, el Instituto Wellcome Sanger de la Universidad de Cambridge y la Universidad de Pekín, entre otros, agrupados en el Human Cell Atlas.

Para mapear el cuerpo humano, han secuenciado individualmente el ARN del más de un millón de células que tenían disponibles. El genoma de las células es el mismo, pero cada tipo celular se diferencia mediante la transcripción de distintos genes. Secuenciar el ARN (el paso intermedio entre el gen y la fabricación de una proteína) permite conocer qué partes del genoma se transcriben más en cada tipo de célula, y además permite diferenciar las células sanas de las cancerígenas, pues estas sobre-expresan determinados genes.

Este google maps del cuerpo humano se divide en cuatro artículos distintos, cada uno enfocado en un subgrupo de células. En el primer trabajo se ha secuenciado más de 400 tipos de células procedentes de 24 tejidos. En total, han sido casi medio millón de células vivas procedentes del epitelio (la superficie externa del cuerpo), el endotelio (la capa que separa la sangre de los tejidos), estromales (del tejido conjuntivo) e inmunes.

Los investigadores han descubierto que las células endoteliales del pulmón, corazón, útero, hígado, páncreas, grasa y musculares tienen las firmas transcripcionales más distintivas. En cambio, las del timo (donde maduran las células T del sistema inmunitario), las de los vasos sanguíneos, la próstata y el ojo se parecen, curiosamente, más entre sí.

El segundo hace lo propio pero aplicado a células con especial dificultad, como células neuronales, musculares y adipocitos, que son difíciles de disociar y capturar mediante técnicas de secuenciación de una sola célula, el estándar de la investigación, que han tenido que optimizar para el estudio de muestras congeladas.

Así, han logrado secuenciar 200.000 núcleos celulares que, utilizando tecnologías de inteligencia artificial conocidas como ‘machine learning’, han asociado las células con miles de enfermedades monogénicas –aquellas que se producen por la mutación de un único gen– y poligénicas –por la mutación de varios–, así como con rasgos de tipos celulares que pueden estar involucrados en la enfermedad.

100 tipos de células inmunes

Los dos últimos estudios se refieren específicamente a las células del sistema inmune, en adultos y en el desarrollo embrionario. El primero de ellos ha sido liderado por la onubense Cecilia Domínguez Conde (publicado en Science en 2020 y 2022), investigadora en el Wellcome Sanger Institute de la Universidad de Cambridge, que ha perfilado genéticamente más de 300 000 células de 16 tejidos procedentes de 12 donantes gracias a un «CellTypist» o «mecanógrafo celular», un sistema de aprendizaje por inteligencia artificial desarrollado para la ocasión. Así, han identificado 101 tipos y estados de las células inmunes, muchos de ellos no descritos hasta ahora.

Lo llamativo del estudio de Domínguez Conde y el posterior, liderado por Chenqu Suo, también del Wellcome Sanger Institute, es que han ido más allá de las células inmunes que circulan en sangre, a donde se han circunscrito la mayoría de estudios hasta el momento, sino que han buscado aquellas presentes en distintos tejidos humanos, revelando cómo se adaptan a los microambientes de cada órgano.

Quizá estos dos últimos trabajos son los que más sorpresas guardan. No se trata tan solo de observar distintos estados de las células inmunes según el tejido, sino que han comprobado cómo hay precursores de las mismas en órganos que hasta ahora se desconocía.

Esto ocurre en el embrión en desarrollo. El último artículo ha analizado muestras correspondientes a los distintos estadios de la gestación, comprobando cómo existen precursores de linfocitos B, las células que fabrican anticuerpos, en casi todos los órganos. Por el contrario, los precursores de linfocitos T se circunscriben al timo.

«Este hallazgo se basa en la idea anterior de que la hematopoyesis [la producción de células sanguíneas] se limita a ciertos tejidos, como el hígado, la médula ósea y el saco vitelina, y requiere más investigación», afirman los investigadores de la Universidad de PekínZedao Liu y Zemin Zhang, que han firmado un artículo de opinión valorando los hallazgos en el mismo número de la revista Science.

«Colectivamente, estos estudios multi-tejidos nos acercan a la construcción de un exhaustivo atlas humano de cada célula individual», consideran, apuntando futuros caminos hacia el entendimiento transversal del cuerpo humano. «La comprensión futura de la biología humana debe abarcar los genes individuales, los tipos de células y los fenotipos de manera integrada».

Más información en:

Human Cell Atlas

The Human Cell Atlas: towards a first draft atlas