El cerebro humano sigue siendo uno de los territorios más complejos que intenta comprender la ciencia. Está formado por miles de millones de células que cumplen funciones diferentes, se comunican entre sí y tampoco envejecen de la misma manera. A eso se suma otra dificultad: enfermedades como el Alzheimer no afectan por igual a todo el tejido cerebral. Pueden alterar determinadas neuronas y, al mismo tiempo, provocar cambios distintos en las células que las rodean.
Durante mucho tiempo, los investigadores sólo pudieron observar ese enorme territorio desde cierta distancia. Ahora, las nuevas técnicas de análisis celular permiten acercarse mucho más. Un consorcio internacional de científicos construyó el mapa celular más grande realizado hasta el momento de una región del cerebro humano. Para hacerlo, analizó más de 6,3 millones de núcleos celulares correspondientes a 1.494 personas, desde individuos muy jóvenes hasta adultos que alcanzaron los 108 años.
Las muestras incluían cerebros de personas sin enfermedades neurológicas y también de pacientes que habían tenido Alzheimer, Parkinson, esquizofrenia, trastorno bipolar y distintos tipos de demencia. La investigación, a la que tuvo acceso la Agencia de Noticias Científicas de la Universidad Nacional de Quilmes, forma parte de una serie de trabajos publicados en Nature y otras revistas científicas.
La cifra impresiona. Pero lo más importante no es solamente la cantidad de células estudiadas, sino el nivel de detalle que ahora pueden alcanzar los investigadores. A esta escala es posible observar qué genes están activos en determinados tipos celulares, cuáles cambian con el paso de los años y qué diferencias aparecen frente a distintas enfermedades.
Un Google Maps del cerebro
Para entenderlo, puede pensarse el cerebro como una enorme ciudad. Desde un avión se distinguen barrios, autopistas y grandes edificios. Algo parecido ocurre con una resonancia: permite obtener una vista general del territorio. Pero si el objetivo es descubrir qué está fallando en un barrio determinado, hay que acercarse. Primero mirar las calles, después los edificios y, finalmente, entrar en cada casa. Eso es, en cierta forma, lo que permite este nuevo atlas: pasar de una visión general del cerebro a observar qué ocurre en tipos celulares muy específicos.
Los investigadores se concentraron especialmente en la corteza prefrontal dorsolateral, una región ubicada en la parte frontal del cerebro. Allí se desarrollan funciones esenciales para la vida cotidiana, como planificar, tomar decisiones, controlar impulsos, retener información durante unos segundos y organizar el comportamiento.
Dentro de esa región, los científicos identificaron 27 grandes tipos de células. Y no estudiaron solamente neuronas. También analizaron células que las sostienen y protegen, otras que participan en la respuesta inmunitaria y algunas relacionadas con los vasos sanguíneos. Eso permite dejar de mirar el cerebro como un tejido uniforme y empezar a comprender cómo responde cada tipo celular frente al envejecimiento o una enfermedad.
Casi todas las células del cuerpo contienen prácticamente el mismo ADN. Una neurona y una célula de la piel comparten, en términos generales, el mismo conjunto de instrucciones. Entonces, ¿por qué hacen cosas completamente diferentes? Porque no activan los mismos genes.
Puede imaginarse el ADN como una biblioteca gigantesca. Todas las células tienen acceso a casi los mismos libros, pero cada una consulta capítulos distintos según la tarea que debe cumplir. Cuando un gen se activa, parte de su información se copia en una molécula llamada ARN. Esa copia deja una pista: al analizarla, los científicos pueden identificar qué genes estaban funcionando dentro de una célula determinada.
Las técnicas utilizadas en estos estudios permiten hacer ese análisis millones de veces. Así, la pregunta deja de ser solamente qué ocurre en una región cerebral. Ahora también puede plantearse de una manera mucho más precisa: qué está pasando dentro de cierto tipo de célula y qué cambia allí con la edad o frente a una enfermedad.
Qué aporta para estudiar el Alzheimer
Hasta ahora, muchas enfermedades del cerebro eran investigadas por separado. Un equipo estudiaba Alzheimer; otro, Parkinson; otro, esquizofrenia. El nuevo proyecto permitió compararlas dentro de un mismo mapa celular. Así, los investigadores pudieron detectar qué alteraciones aparecen en varios trastornos y cuáles parecen más características de uno en particular.
En Alzheimer, por ejemplo, observaron cambios no sólo en determinadas neuronas, sino también en células relacionadas con la respuesta inmunitaria del cerebro y con los vasos sanguíneos. Eso no significa que hayan encontrado la causa de la enfermedad ni una cura. El avance es otro: permite acotar dónde buscar.
Si antes los científicos intentaban encontrar una falla revisando una ciudad entera, ahora pueden comenzar a señalar en qué edificio es más probable que esté el problema. Todavía falta descubrir qué ocurre allí, pero tener una dirección más precisa puede orientar mejor las próximas investigaciones.
Otra parte del proyecto analizó qué ocurre con las células cerebrales durante la vida. Los científicos estudiaron más de 1,3 millones de núcleos celulares de 284 personas sin enfermedades neurológicas diagnosticadas, desde bebés hasta adultos mayores. El resultado mostró que el cerebro no envejece siguiendo una línea recta.
Durante los primeros años se producen transformaciones muy intensas, mientras se forman y reorganizan los circuitos que permiten aprender, hablar, recordar y tomar decisiones. Después aparece una etapa de mayor estabilidad durante buena parte de la adultez.
Los investigadores detectaron señales relacionadas con inflamación, estrés celular y actividad del sistema inmunitario. También observaron modificaciones vinculadas con los ritmos circadianos, el reloj interno que ayuda a regular el sueño y la vigilia. Esto permite hacer una distinción fundamental: envejecer no es lo mismo que enfermarse.
Una célula de una persona de 85 años puede funcionar de manera distinta a una de 25 y, aun así, formar parte de un proceso normal. El desafío es descubrir cuándo un cambio deja de ser una consecuencia esperable de la edad y empieza a convertirse en una señal temprana de enfermedad.
Los genes no determinan todo
El atlas también puede ayudar a interpretar mejor las variantes genéticas asociadas con un mayor riesgo de desarrollar Alzheimer, esquizofrenia y otros trastornos. Tener una de esas variantes no significa necesariamente que una persona vaya a enfermarse. Tampoco implica que actúe de la misma manera en todas las células.
Los nuevos mapas permiten observar precisamente eso: una alteración genética puede tener pocos efectos en gran parte del cerebro y, al mismo tiempo, modificar profundamente una población celular determinada. Identificar qué células son afectadas y qué mecanismo cambia dentro de ellas puede abrir nuevas líneas para investigar futuros tratamientos.
El atlas representa un avance importante, pero no es un mapa completo de todo el cerebro. Los investigadores se concentraron principalmente en una región, mientras que enfermedades como Alzheimer o Parkinson afectan circuitos que conectan distintas áreas.
Además, muchas de las muestras provienen de cerebros donados después de la muerte. Eso permite obtener una enorme cantidad de información, pero también impone una limitación: los científicos observan la fotografía final, no toda la película. No pueden saber directamente qué ocurrió dentro de esa misma persona a los 30, 50, 70 y 90 años. Para reconstruir ese recorrido harán falta otros estudios y seguimientos a largo plazo. Aun así, el cambio de escala es enorme.
Con todo, hasta hace relativamente poco, la ciencia podía preguntarse qué región del cerebro estaba afectada. Ahora puede avanzar hacia interrogantes mucho más precisos: qué célula cambió, qué gen modificó su actividad y cuándo comenzó a hacerlo. El nuevo atlas todavía no ofrece una cura, aunque entrega algo fundamental para empezar a encontrar respuestas: un mapa mucho más detallado de dónde buscar.
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