Un consorcio internacional de científicos presentó el atlas celular más grande y detallado de los ganglios basales, una región profunda del cerebro relacionada con el movimiento, la conducta y enfermedades como el Parkinson, el Alzheimer y la esquizofrenia El trabajo reúne información de 25,5 millones de células cerebrales humanas y de otros primates.
La investigación involucró a cientos de especialistas de nueve países y más de 50 instituciones. Sus resultados fueron publicados como colección de 26 estudios en revistas del grupo Cell, como parte de la Red de Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN, un proyecto estadounidense que busca elaborar mapas de referencia del cerebro de los mamíferos.
21 millones de células humanas y datos de tres especies de primates
Los investigadores caracterizaron 21 millones de células de cerebros humanos, tres millones de macacos rhesus y cynomolgus y 1,5 millones de titíes. El trabajo además incorporó datos ya disponibles de mapas completos del cerebro de ratón.
La comparación entre especies permitió identificar 61 tipos celulares presentes en humanos, macacos y titíes que se mantuvieron durante más de 76 millones de años de evolución. Esa continuidad ofrece una base para usar modelos animales en el estudio de mecanismos cerebrales vinculados con enfermedades humanas.
Qué son los ganglios basales y por qué son una pieza central del cerebro
Los ganglios basales son un conjunto de estructuras conectadas entre sí, situadas en las profundidades del cerebro. Aunque su tamaño conjunto es reducido, intervienen en la planificación y ejecución de movimientos voluntarios, la formación de hábitos, la toma de decisiones, el aprendizaje y la regulación de estados emocionales.
Su mal funcionamiento se ha asociado con trastornos neurológicos y psiquiátricos. Allí se encuentran circuitos afectados por la enfermedad de Parkinson y de Huntington, así como por la adicción, el trastorno obsesivo-compulsivo, el trastorno bipolar y la esquizofrenia. Los nuevos datos también ofrecen referencias para investigar el alzhéimer y alteraciones del neurodesarrollo, entre ellas el autismo.
Un mapa en 3D de genes, ubicación y actividad celular
El atlas ofrece una representación tridimensional de los ganglios basales que permite ubicar cada población celular dentro de la región y relacionarla con sus rasgos moleculares. Para cada célula, los equipos analizaron qué genes están activos, cómo se regula esa actividad, cuál es su forma, dónde se localiza y cómo se comporta desde el punto de vista eléctrico.
Uno de los análisis se concentró en el cuerpo estriado, la mayor estructura de los ganglios basales. A partir de 1,1 millones de células de 19 donantes humanos fallecidos, los científicos identificaron seis zonas con firmas moleculares diferenciadas. Estas áreas no poseen límites anatómicos nítidos, pero contienen combinaciones específicas de neuronas y células gliales.
Las diferencias entre esas zonas se mantuvieron de forma consistente entre los donantes, pese a que las células pueden parecer similares bajo el microscopio. El atlas además establece un marco común para nombrar y clasificar tipos celulares entre especies y facilitar la comparación de resultados entre laboratorios.
Señales celulares del envejecimiento en áreas vinculadas al Parkinson
Otro equipo examinó cerca de 4 millones de células del cuerpo estriado y de la corteza prefrontal de 178 donantes, con edades desde los 27 hasta más de 90 años. El análisis detectó que la proporción de ciertos grupos de neuronas y células gliales disminuye con la edad.
Los patrones de expresión génica permitieron estimar la edad de los donantes con un margen medio de error de 6,6 años. Además, los científicos observaron que las señales genéticas que diferencian zonas del estriado se vuelven más parecidas con el paso del tiempo, sobre todo en áreas relacionadas con el párkinson y la enfermedad de Huntington.
Una neurona rara aporta una pista para investigar la esquizofrenia
Entre los hallazgos figura una población neuronal poco abundante que expresa el receptor de serotonina HTR7. Los investigadores encontraron que variantes genéticas asociadas con mayor riesgo de esquizofrenia se ubican cerca de genes activados de manera selectiva en este tipo de célula.
La relación no identifica una causa única de la enfermedad ni implica un tratamiento disponible. Sin embargo, permite delimitar células y circuitos que pueden convertirse en objetivos prioritarios para nuevas investigaciones sobre la esquizofrenia y el trastorno bipolar.
Los estudios documentaron cambios genéticos en tipos celulares específicos de los ganglios basales que podrían estar relacionados con el autismo. El atlas permitirá evaluar en qué células se activan variantes genéticas vinculadas con trastornos del neurodesarrollo, enfermedades neurodegenerativas y problemas de salud mental.
En el caso del Alzheimer y las adicciones, el trabajo no establece aún un hallazgo específico ni un tratamiento. Su aporte consiste en ofrecer una referencia para investigar las células y los circuitos asociados con la recompensa, la formación de hábitos, el control de impulsos y el deterioro cognitivo.
En paralelo, uno de los trabajos describió una versión de terapia génica para reducir los temblores característicos del párkinson. El método tuvo resultados en modelos animales y todavía requiere pruebas adicionales antes de evaluar su uso en personas.
Variabilidad biológica entre individuos, parte del nuevo atlas
La composición celular del cuerpo estriado y de la corteza prefrontal varió de manera considerable entre individuos. Las diferencias fueron particularmente visibles en las células no neuronales, como los astrocitos y la microglía.
El resultado muestra que los atlas de referencia deben contemplar la diversidad biológica entre personas. Esa variabilidad puede ser relevante para interpretar la susceptibilidad a enfermedades y las respuestas a tratamientos.
El siguiente paso: completar el mapa de todo el cerebro humano
El proyecto integra la iniciativa BRAIN, lanzada en Estados Unidos en 2014 para impulsar herramientas de estudio del sistema nervioso. La Red de Atlas Celular de la Iniciativa BRAIN, conocida como BICAN, comenzó en 2022 con el objetivo de construir mapas de referencia de cerebros de mamíferos.
Los datos del nuevo atlas quedarán disponibles para la comunidad científica. El siguiente objetivo del consorcio es aplicar la misma metodología al resto del cerebro humano, un órgano que contiene más de 85.000 millones de neuronas y billones de conexiones.
