Cuerpo

Conoce el “Google Maps” de tu cuerpo

Federico Kukso 12 / Aug / 19
Una iniciativa internacional llamada Human Cell Atlas busca cartografiar las 37 billones de células del cuerpo humano, lo cual conducirá a una era de medicina de precisión y combate más efectivo de las enfermedades

En octubre de 1953, JRR Tolkien le envió una carta a su editor:

Los mapas son esenciales: debe tener mapas pintorescos, que aportan más que un simple índice de lo que se cuenta en el texto ".

Al final, fue su hijo Christopher quien ayudó al escritor y lingüista británico en la titánica tarea de elaborar los mapas de las primeras ediciones de El Señor de los Anillos.

Tolkien sabía que estas representaciones espaciales son más que meras ilustraciones bonitas: nos ayudan a navegar por el mundo, clasifican tanto lo conocido como lo extraño. Cada mapa cuenta una historia.

En su caso, el arte de escribir y el arte de dibujar estaban inextricablemente entrelazados: al mismo ritmo que redactaba una de las obras maestras de la literatura de fantasía, Tolkien llenaba las hojas también con mapas y bocetos que le ayudaban a construir las bases de su rico mundo imaginario.

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Una iniciativa internacional llamada Human Cell Atlas busca cartografiar las 37 millones de células del cuerpo humano, lo que conducirá a una era de medicina de precisión y combate más efectivo de las enfermedades | Foto: Especial

El orden del mundo

Además de transmitir información geográfica sobre un lugar y de documentar la historia y evolución geopolítica a lo largo del tiempo, los mapas -y sus colecciones, es decir, los atlas- ordenan el mundo: el primer libro de cartografía publicada -el atlas Geografía de Ptolomeo del siglo II- tuvo vigencia por más de mil años e impulsó los más osados ​​viajes.

Estas herramientas y la voluntad taxonómicaque viene con ellas asociadas acompañado desde siempre a los exploradores en sus aventuras. Y también operan dentro de la biología donde lo desconocido aún intriga, fascina, desconcierta: mientras enviamos decenas de naves espaciales a mundos lejanos para revelar los misterios de nuestro universo, nos olvidamos que aún hay mucho que no sabemos de nosotros mismos. "En realidad, no sabemos qué estamos haciendo", afirma la bióloga computacional Aviv Regev.

Se estima que hay aproximadamente 37 billones de células en el cuerpo humano adulto, pero aún en el siglo XXI desconocemos cuántos tipos de células existen , cómo los sistemas y los órganos en los que se organizan o cómo influyen en la salud y la enfermedad.
 
El deseo de llenar este vacío de información es el motor de nuevo esfuerzo global dirigido por científicos de todo el mundo para crear una especie de Google Maps de las células del cuerpo humano sano: el Atlas de células humanas.

Este catálogo de las unidades fundamentales de la vida nos dará a los investigadores un poder incomparable para comprender y tratar las enfermedades humanas , Sarah Teichmann , jefa de genética celular del Instituto Sanger en Cambridge , Reino Unido. ¡Sentará las bases para una nueva era de medicina de precisión! ".

Se estima que hay aproximadamente 37 billones de células en el cuerpo humano adulto, pero aún en el siglo XXI desconocemos cuántos tipos de células existen, cómo los sistemas y los órganos en los que se organizan o cómo influyen en la salud y la enfermedad. El deseo de llenar este vacío de información es el motor de nuevo esfuerzo global dirigido por científicos de todo el mundo para crear una especie de Google Maps de las células del cuerpo humano sano: el Atlas de células humanas.
Foto: Especial

Las celdas de la vida

Cuando a mediados del siglo XVII el filósofo natural inglés Robert Hooke miró un trozo de corcho a través de un microscopio rudimentario, el mundo se amplió. Como se describe en su tratado Micrografía , divisó allí estructuras curiosas, pequeños compartimentos amurallados. Y las llamadas células pues le recordaban a los cuartos en que los monjes se hospedan, celdas.

Con el desarrollo de microscopios más potentes y técnicas de identificación, las células identificadas a revelar sus secretos: poco a poco se comprende que el cuerpo humano —como el resto de los seres vivos— estaba formado por billones de estas unidades fundamentales de la vida que se dividen, crecen y asumen distintas funciones. Como dijo el biólogo prusianoRudolf Virchow : " omnis cellula e cellula (toda célula relacionada de otra célula)".

Si bien son fundamentalmente similares, tienen diferentes formas y diversas propiedades. Hay un mundo entero de células que mantienen el cuerpo humano funcionando : descomponen trozos de comida, nos defienden de los invasores y, a veces, se vuelven inestables y causan estragos.

Enrollado dentro del núcleo o corazón de cada célula, se encuentra la doble hélice del ADN , dos cadenas de productos químicos entrelazados con más de 20.000 genes que contienen el plano o manual de instrucciones básicas de la vida. Pero aunque cada célula cuenta con los mismos genes, cada una usa solo algunas de estas instrucciones.
 

La doble hélice del ADN contiene los más de 20 mil genes que contienen el plano o manual de instrucciones básicas de la vida. Aunque cada célula tiene los mismos genes, cada una solo usa ciertas instrucciones
Foto: Especial

Del batido a la ensalada de frutas

La célula es para la biología lo que el átomo es para los químicos: el componente básico del campo. Cada una de estas estructuras está compuesta por millones de moléculas en constante conversación ya sea para reparar el daño tisular , limpiar los desechos o enviar mensajes a lo largo de los circuitos neuronales del cerebro.

No importa cómo las mires: las células son absolutamente increíbles”, cuenta Regev. “Una célula es como una computadora compleja que está hecha de otras muchas partes diferentes que interactúan entre sí y se dicen mutuamente qué hacer”.

Así, durante los últimos 150 años, los científicos han clasificado según su estructura, función, ubicación. No han faltado las limitaciones: su conocimiento estaba confinado a lo que se podría descubrir al observarlas bajo microscopios o al analizar genéticamente grupos de cientos o millas de células y encontrar sus propiedades promedio.

Para comienzos del siglo XXI, hemos identificado entre 200 y 300 tipos de células principales, por ejemplo, las que llevan oxígeno dentro de la sangre, las longevas neuronas del cerebro y los fotorreceptores del ojo. Sin embargo, los biólogos presumen que son muchas más. Quizá diez mil, muchas de las cuales no pueden distinguirse bajo un microscopio convencional."Hay mucha más diversidad en las células de lo que imaginábamos", dice Sarah Teichmann.
 

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La corteza visual, la región ubicada en la parte posterior del cerebro que procesa la información visual | Imagen: obra del artista y neurocientífico Greg Dunn y el físico Brian Edwards
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Tronco encefálico y el cerebelo, regiones que controlan las funciones motoras y corporales básicas | Imagen: obra del artista y neurocientífico Greg Dunn y el físico Brian Edwards
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Estructura laminar del cerebelo, una región involucrada en el movimiento | Imagen: obra del artista y neurocientífico Greg Dunn y el físico Brian Edwards

En la última década, los avances tecnológicos en un campo conocido como genómica unicelular o genómica unicelular han hecho posible que los científicos puedan explorar este microuniverso con precisión.

Una de las responsables de estos nuevos métodos es Aviv Regev del Broad Institute del MIT y Harvard en Cambridge , Estados Unidos. Gracias al trabajo de esta investigadora israelí, ahora se pueden estudiar células individuales a una velocidad y escala hasta hace poco impensables y ver cómo expresar sus genes.

Su impacto fue tal que en 2008 la revista Science y la Asociación Estadounidense para el Avance de la Ciencia nombrando el análisis de células individuales como uno de los hitos científicos del año por su capacidad de rastrear el desarrollo de organismos y órganos con un detalle sorprendente, célula por célula y lo largo del tiempo, y por su potencial para impulsar avances en investigación básica y medicina que antes no eran posibles.

Con los métodos de secuenciación anteriores, extraíamos millas de millones de células de un tejido y se mezclaban ”, explica Regev. “El resultado era un equivalente a un batido de frutas, un batido. Era como mezclar banana con fresa, arándanos y kiwis. No podríamos decir cuán diferentes eran las células entre sí, o entre este caso las frutas. Era lo mejor que podríamos hacer.

La genómica unicelular fue un gran avance experimental: pasamos de la era del smoothie de frutas a la era de la ensalada de frutas. Ahora podemos ver cada célula individualmente, como si fueran frutas en una ensalada. Podemos decir ahora que hay tres kiwis y cien mil fresas y que no todas son iguales. Y ahora estamos al borde de otra revolución: la llamada genómica espacial. Ahora podemos saber cómo estas frutas o células se organizan ".

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Imagen de las células T en el tejido del colon inflamado | Foto: Broad Institute

Cartógrafos celulares

Al igual que los cartógrafos que a partir del siglo XV se dispusieron a contornear los límites geográficos de los que para los europeos constituían un nuevo continente, los biólogos como Regev se propusieron realizar con estas técnicas un ambicioso censo de las células de nuestro cuerpo como nunca se había intentado antes.

Así, esta investigadora ayudó a lanzar en octubre de 2016 el Human Cell Atlas en el que participan 970 instituciones y 1400 científicos de 64 países que colaboran en mapear las células del cuerpo, organismo por órgano.

Se trata de uno de los proyectos más ambiciosos en la historia de la biología. En cierta medida, es una especie de continuación del Proyecto Genoma Humano y otras iniciativas como el Atlas de Proteína Humana que comenzó en 2003. Comparte con ellos las promesas y pretensiones de conocernos un poco más por dentro.

Necesitamos un mapa con coordenadas claras de las células de nuestro cuerpo que nos permite navegar y entender lo que allí sucede " , dice Regev," algo así como una tabla periódica de nuestras células. Los seres humanos somos diversos como también lo son nuestras células. Por eso ningún científico, ningún laboratorio, ningún instituto debe desarrollar este atlas por sí solo ”.

Los objetivos de este consorcio van desde entender qué genes específicos se activan en cada tipo de célula a ver cómo un conjunto de células juntas de combate para combatir los patógenos o cómo los circuitos reguladores dejan de funcionar durante enfermedades como el cáncer , Alzheimer , Parkinson .

El plan en sí no es secuenciar las 37 billones de células, sino tomar muestras de cada parte del cuerpo. El primer borrador del atlas identificará de 30 millones a 100 millones de células, tanto como en su contexto tisular, de personas sanas de ambos sexos y de variada diversidad étnica .

El proyecto avanza rápidamente con patrocinadores como el NIH , la Fundación Bill y Melinda Gates, la Unión Europea , Wellcome Trust , la Fundación Manton y la Iniciativa Chan-Zuckerberg , la empresa del creador de Facebook que tiene como objetivo "curar, prevenir o controlar todas las enfermedades para fines de este siglo ”.
 

Los objetivos de este consorcio van desde entender qué genes específicos se activan en cada tipo de célula a ver cómo un conjunto de células juntas de combate para combatir los patógenos o cómo los circuitos reguladores dejan de funcionar durante enfermedades como el cáncer, Alzheimer, Parkinson
Foto: Especial

Un mapa lleno de tesoros

A tres años de su fundación, Human Cell Atlas ya está dando resultados. La emoción en el campo se ha vuelto tangible a medida que se han encontrado más nuevos tipos de células. En junio de este año, los investigadores del Instituto Wellcome Sanger , el Centro Médico Universitario de Groninga (Países Bajos) y las empresas Open Targets y GSK mapearon por primera vez los componentes básicos de los pulmones y las vías respiratorias humanas, tanto en pacientes con asma como en personas sanas. Revelar la identidad de cada tipo de célula, creando el primer borrador del Atlas de células humanas del pulmón.

Comprenda las células y sus señales podría conducir a encontrar nuevos objetivos farmacológicos para tratar el asma. "Esto nos ha dado una mejor definición de los tipos de células en los pulmones asmáticos y nos ha permitido descubrir un estado celular completamente nuevo en pacientes asmáticos que producen moco", indica especialista en inmunogenómica Felipe Vieira Braga, primer autor del artículo del Instituto Wellcome Sanger y Open Targets. 

También se ha avanzado en el estudio de las células que componen el hígado, uno de los órganos más importantes del cuerpo, pues desempeñar un papel esencial en el metabolismo , la respuesta inmune y la desintoxicación: proteínas azúcares, proteínas y grasas de nuestros alimentos en sustancias útiles y las libera a las células.

Los investigadores del Instituto Max Planck de Inmunobiología y Epigenética han creado un mapa completo de todos los tipos de células hepáticas a partir de muestras tomadas de nueve anticuerpos humanos. No solo descubrió nuevas subpoblaciones de tipos de células, sino que también revela cómo cambian en el cáncer de hígado.

Debido a que el Atlas de células humanas será un recurso abierto, acelerará drásticamente los hallazgos realizados, inspirando nuevas ideas sobre descubrimiento terapéutico, desarrollo de fármacos y diagnóstico:

Va a ser un tesoro de descubrimiento ”, dice Teichmann.

En México, hasta ahora solo participan dos instituciones: el Instituto Nacional de Ciencias Médicas y Nutrición Salvador Zubirán y la Universidad de Guadalajara.

Probablemente, el atlas celular tomará más de una década en completarse. No va a revelar todo sobre nuestros cuerpos, así como el Proyecto Genoma Humano no nos dijo todo sobre nuestros genes. Pero marcará el comienzo de una nueva era de medicina de precisión que transformará nuestra comprensión de la salud y la enfermedad, conduciendo a una mejor detección, monitoreo y tratamiento de los machos que sufren la humanidad.

Autor: Federico Kukso
Periodista científico independiente. 2015-16 Knight Science Journalism Fellow at MIT. Escribe sobre ciencia, tecnología y cultura para publicaciones como La Nación (Argentina), Undark (MIT), Muy Interesante Argentina, Agencia Sinc (España), Scientific American (Estados Unidos), Brando, Le Monde Diplomatique, Suplemento Soy de Página 12 (Argentina), Bank Magazine, entre otras. Fue editor de las secciones de ciencia en diarios como Página 12, diario Crítica de la Argentina y subeditor de la sección Ideas en la Revista Ñ (Clarín). Autor de los libros: Todo lo que necesitás saber sobre Ciencia y Dinosaurios del fin del mundo, entre otros.