Los resultados revelan con una resolución sin precedentes cómo los diferentes tipos de emergen las células cerebrales y especializarse desde las primeras etapas de la vida, así como los factores genéticos y ambientales que influyen en estos procesos

Este atlas, escriben los autores, marca un antes y un después en la comprensión de cómo nace, se organiza y madura este órgano.

“Esta serie de artículos es un resultado más de la iniciativa BRAIN, lanzada por el presidente Obama en 2013 y que se espera que continúe hasta 2030”, afirma Rafael Yuste, director del Centro de Neurotecnología de la Universidad de Columbia (Nueva York), presidente de la Fundación NeuroRights e impulsor del proyecto BRAIN.

Utilizando tecnologías de secuenciación unicelular y herramientas avanzadas de mapeo espacial, los investigadores pudieron seguir paso a paso cómo las células madre se transforman en neuronas y células gliales, y cómo éstas se organizan en redes funcionales.

Uno de los hallazgos más sorprendentes muestra que las células cerebrales no se desarrollan en pasos rígidos, sino en ondas superpuestas, y que algunos de estos programas de desarrollo pueden reactivarse en la edad adulta o durante enfermedades neurológicas.

En este sentido, los científicos han identificado un tipo de célula progenitora humana vinculada tanto a glioblastomauna forma agresiva de cáncer cerebral, así como períodos críticos en los que se concentran los riesgos genéticos de trastornos psiquiátricos como la esquizofrenia o el autismo.

«Esta colección transforma el retrato estático de los tipos de células en una historia dinámica del cerebro en desarrollo», escribe Emily Sylwestrak, investigadora de la Universidad de Oregon, en un artículo de News & Views que acompaña a la publicación.

Para Laura López-Mascaraque, profesora de investigación del CSIC en el Instituto Cajal, se trata de “un trabajo de enorme escala y calidad, fruto de una colaboración internacional excepcional”.

Estos mapas del desarrollo cerebral en los mamíferos, señala SMC, «Proporcionan una visión extraordinariamente detallada de cómo se construye el cerebro célula por célula, desde sus primeras etapas hasta la madurez.. «Nos ayudan a comprender los períodos críticos del desarrollo, esas ventanas temporales en las que el cerebro es particularmente sensible a los estímulos pero también a las alteraciones genéticas o ambientales».

Según él, «comprender lo que ocurre en estas primeras etapas es fundamental para explicar el origen de muchos trastornos del neurodesarrollo, desde el autismo a la esquizofrenia, y diseñar estrategias de prevención o intervención más precisas».

organoides cerebrales

Nuevos mapas del cerebro nos permiten identificar con precisión cuándo y dónde ocurren determinadas condiciones del neurodesarrollo y ofrecen pistas para mejorar modelos experimentales, como los organoides cerebrales, o diseñar terapias dirigidas.

En uno de los estudios, un equipo del Instituto Karolinska (Suecia) y la Universidad de Yale (EE.UU.) también desarrolló una técnica innovadora llamada triómica espaciallo que permite medir simultáneamente la actividad genética, los cambios epigenéticos y la producción de proteínas en áreas específicas del cerebro.

Gracias a esta innovadora tecnología, se ha demostrado que determinados programas moleculares activos durante el desarrollo pueden reactivarse durante procesos inflamatorios, lo que podría arrojar luz sobre enfermedades como la esclerosis múltiple.

«El descubrimiento de que la inflamación puede extenderse a áreas cerebrales intactas nos da nuevas pistas sobre cómo se comunican las regiones del cerebro y cómo se propagan las enfermedades neurológicas» afirma Rong Fan, profesor de Yale y coautor del estudio.

Los atlas producidos por BICAN incluyen datos de más de 1,2 millones de células cerebrales y abarcan desde ratones hasta humanos. Estos recursos muestran que el desarrollo neuronal continúa incluso después del nacimiento, particularmente en las regiones involucradas en el aprendizaje, la toma de decisiones y las emociones, lo que sugiere que el cerebro conserva una plasticidad notable durante la infancia.

«Comprender cuándo y dónde se activan genes críticos durante el desarrollo nos permite comenzar a comprender cómo sus alteraciones conducen a trastornos como el autismo o la esquizofrenia», dice Hongkui Zeng, director de ciencias del cerebro en el Instituto Allen y uno de los autores principales.

Al mismo tiempo, investigadores del University College London (UCL) presentaron NextBrain, un atlas tridimensional del cerebro humano adulto generado mediante inteligencia artificial. Tras seis años de trabajo y el análisis de más de 10.000 secciones de tejido cerebral, el equipo logró construir el mapa anatómico más preciso hasta la fecha, capaz de analizar imágenes por resonancia magnética en apenas unos minutos y detectar más de 300 regiones cerebrales.

“El nivel de detalle anatómico de NextBrain es extraordinario”, afirma Juan Eugenio Iglesias, autor principal del estudio. «Este recurso nos permitirá identificar los primeros signos de enfermedades como el Alzheimer y acelerar la investigación sobre el envejecimiento cerebral».

Estos estudios suponen un salto cualitativo en la comprensión de cómo se forma el cerebro y cómo sus alteraciones pueden derivar en enfermedades neurológicas o psiquiátricas. Como resume Joshua Gordon, ex director del Instituto Nacional de Salud Mental de EE. UU., «Estos mapas proporcionan el andamiaje necesario para construir una comprensión más profunda del desarrollo del cerebro en la salud y la enfermedad».

Yuste añade que este atlas de tipos celulares en desarrollo es fundamental no sólo para entender científicamente cómo se desarrolla el cerebro, algo absolutamente fascinante si se tiene en cuenta que se ensambla por sí solo y se autoorganiza sin instrucciones externas, sino que también es un información fundamental para comprender las alteraciones y patologías que ocurren durante el embarazo y los primeros años de vida.

“Estos resultados demuestran cómo la inversión sostenida en el desarrollo y aplicación de nuevos métodos es de fundamental importancia para la ciencia y la medicina”, concluye Yuste.