Aceasta este cea mai mare hartă a creierului uman realizată vreodată

Cercetătorii au creat cel mai mare atlas de celule ale creierului uman de până acum, dezvăluind peste 3.000 de tipuri de celule – dintre care multe sunt noi pentru știință.

Lucrarea, publicată în octombrie 2023 într-un pachet de 21 de lucrări în Science, Science Advances and Science Translational Medicine, va ajuta, printre altele, la studiul bolilor, al cogniției și a ceea ce ne face umani, spun autorii.

Enormul atlas celular oferă o imagine detaliată a celui mai complex organ cunoscut. „Este extrem de semnificativ”, spune Anthony Hannan, neurolog la Institutul Florey de Neuroștiință și Sănătate Psiho-emoțională din Melbourne, Australia.

Cercetătorii au cartografiat anterior creierul uman folosind tehnici precum imagistica prin rezonanță magnetică, dar acesta este primul atlas al întregului creier uman la nivel de celulă, care arată interacțiunile sale moleculare complicate, adaugă Hannan. „Aceste tipuri de atlase pun într-adevăr bazele pentru o înțelegere mult mai bună a creierului uman.”

Cercetarea face parte din Brain Research through Advancing Innovative Neurotechnologies Initiative – Cell Census Network (BICCN) (Cercetarea creierului prin intermediul inițiativei de promovare a neurotehnologiilor inovatoare – Rețeaua de recensământ celular) lansată de Institutele Naționale pentru Sănătate, o colaborare între sute de oameni de știință.

Obiectivele programului includ catalogarea tipurilor de celule cerebrale la oameni, la primate non-umane și la șoareci, pentru a îmbunătăți înțelegerea mecanismelor celulare din spatele tulburărilor cerebrale neînțelese până în prezent.

Datele din cele 21 de studii au fost puse la dispoziția publicului pe arhiva online Neuroscience Multi-omic (NEMO) Archive.

Menajeria celulară

Kimberly Siletti, neurolog acum la Centrul Medical Universitar Utrecht din Olanda, și echipa ei au pus piatra de temelie pentru atlas, secvenționând ARN-ul a peste 3 milioane de celule individuale din 106 locații care acoperă întreg creierul uman, folosind mostre de țesut de la trei donatori bărbați decedați.

Ei au inclus, de asemenea, o disecție a cortexului motor de la o donatoare de sex feminin care a fost utilizată în studiile anterioare. Analiza lor a documentat 461 de categorii largi de celule cerebrale care au inclus mai mult de 3.000 de subtipuri. „Am fost surprins de câte tipuri de celule diferite existau”, spune Siletti.

Prezența neuronilor – celule din creier și din sistemul nervos care trimit și primesc semnale – a variat foarte mult în diferite părți ale creierului, sugerând diferite funcții și istorii de dezvoltare. Amestecul de neuroni și alte tipuri de celule a fost, de asemenea, diferit în fiecare regiune; unele celule au fost găsite doar în locații specifice.

Trunchiul cerebral – o structură relativ puțin studiată, care conectează creierul de măduva spinării – a adăpostit un număr deosebit de mare de tipuri de neuroni, spune coautorul studiului, Sten Linnarsson, un biolog al sistemelor moleculare la Institutul Karolinska din Stockholm, Suedia. „Una dintre marile surprize de aici este cât de uluitor de complex este trunchiul cerebral.”

Alte studii au analizat mecanismele de reglare și de expresie a genelor în diferite celule. Joseph Ecker, biolog molecular la Institutul Salk pentru Studii Biologice din La Jolla, California, și colegii săi au investigat creierul printr-o lentilă epigenetică folosind mostre de țesut de la aceiași trei donatori.

Ei au analizat markeri chimici care activează sau dezactivează genele în peste 500.000 de celule distincte. Diferitele molecule care au acționat precum comutatoare au permis echipei să identifice aproape 200 de tipuri de celule cerebrale.

Chiar și aceeași genă din același tip de celulă ar putea avea caracteristici diferite în creier. O genă a fost activată cu un comutator în partea din față a creierului și cu altul în spate. „Există diferențe regionale remarcabile”, spune coautorul studiului, Wei Tian, biolog computațional la Institutul Salk.

Identificarea comutatoarelor care activează sau blochează expresia genelor în celulele creierului ar putea fi utilă pentru diagnosticarea tulburărilor cerebrale și dezvoltarea de tratamente personalizate, spune Ecker. „Acesta este un alt instrument care iese din cutia de instrumente pe care o construim”, spune el.

Riscurile de boală

Îmbunătățirea înțelegerii modului în care comutatoarele genetice ar putea contribui la riscul de îmbolnăvire a fost subiectul asupra căruia s-au focalizat Bing Ren, biolog molecular la Universitatea din California, San Diego, și echipa sa.

Ei au analizat modul în care mai mult de un milion de celule cerebrale de la cei trei donatori accesează și utilizează informațiile genetice. Cercetătorii au descoperit legături între anumite tipuri de celule ale creierului și tulburările neuro-psihiatrice, inclusiv tulburarea bipolară, depresia și schizofrenia.

Ren și colegii săi au folosit date legate de tipul celulelor pentru a prezice modul în care comutatoarele genetice influențează reglarea genelor și cresc riscul de boli neurologice. De exemplu, în cazul celulelor numite microglia, care îndepărtează celulele moarte sau deteriorate, prezența unor anumite comutatoare genetice a fost strâns legată de riscurile bolii Alzheimer.

Astfel de descoperiri pot fi folosite pentru a testa dacă anumite gene sau comutatoarele defecte contribuie direct la debutul bolii. „Aceasta este posibil deoarece am identificat – pentru prima dată – comutatoarele genetice pentru sute de tipuri diferite de celule”, spune Ren.

Următorul pas pentru echipa BICCN este să secvențieze mai multe celule din toate părțile creierului, spune Ren.

Cercetătorii vor lucra, de asemenea, cu mai multe mostre de țesut pentru a construi o imagine a modului în care creierul uman poate varia în funcție de populație și grupe de vârstă. „Acesta este doar începutul”, spune Ren.

Citiți și:
«Pe muzică barocă, neuronii capătă un ritm specific geniilor» – Prof. dr. Ioan Bradu Iamandescu
Fiinţa umană îşi poate controla stările psiho-mentale controlându-şi undele cerebrale

 

yogaesoteric
25 februarie 2025