Diseccionando el cerebro, una célula a la vez

Establecer una línea base de una sola célula para comprender los trastornos cognitivos y la enfermedad

Fuente: Arek Socha / Pixabay

Investigadores de la Academia de Ciencias de China en Beijing han abierto nuevos caminos con su trabajo reciente que examina la corteza prefrontal a nivel de célula individual durante el desarrollo del feto humano.

La corteza prefrontal humana (PFC), un área del cerebro que contiene más de mil millones de células, a menudo se reconoce por su papel en la toma de decisiones, ampliamente mencionado en el contexto de la madurez adolescente (… o la falta de ella). Los estudios de neuroimagen sugieren que nuestro PFC todavía se está desarrollando en los 20, lo que tiene sentido cuando nos hacemos preguntas como: “¿Por qué estos jóvenes de 15 años se desafían unos a otros para comer Tide Pods?”

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Nuestro PFC es esencial para la cognición de orden superior, incluida la memoria de trabajo y el funcionamiento socioemocional, ya que continúa desarrollando nuevas conexiones y modificaciones dentro de sus circuitos a medida que envejecemos. Las poblaciones de células funcionales primero surgen y migran a través del PFC en desarrollo en el útero , pero los cambios moleculares subyacentes a esta etapa inicial de desarrollo han permanecido ampliamente desconocidos, en parte debido a la dificultad de definir con precisión qué tipos de células se encuentran dentro de la corteza prefrontal. mucho más complejo de lo que parece.

El equipo de investigación de Pekín, dirigido en parte por el Dr. Xiaoqun Wang, no solo analizó la expresión génica de más de 2.300 células individuales en el PFC, sino que también investigó las trayectorias de desarrollo de esas células desde las semanas gestacionales 8 a 26 (todo el trabajo se realizó en acuerdo con el Comité de Ética del Estudio Reproductivo de la Universidad de Pekín).

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Fuente: Gerd Altmann / Pixabay

Usando la secuenciación de ARN de una sola célula, una técnica que permite a los científicos determinar qué genes se expresan en cada célula (basándose en las transcripciones presentes), los investigadores identificaron seis clases principales de células en el PFC humano en desarrollo y 35 subtipos dentro de esas clases. Al hacerlo, no solo ilustraron la diversidad de tipos de células en el PFC humano, lo que indica la complejidad celular que subyace a la cognición humana, sino que descubrieron nuevos marcadores genéticos de las células progenitoras neuronales (NPC). Los NPC son células que no solo tienen la capacidad de autorreplicarse sino que también se diferencian para convertirse en tipos de células más especializados, por ejemplo, las células gliales esenciales aunque algo enigmáticas, dentro del cerebro.

El descubrimiento de estos marcadores no solo mostró la heterogeneidad dentro de los PNJs, sino que proporcionó a los científicos una herramienta adicional para investigar cómo un tipo celular da lugar al siguiente y permite la formación de importantes circuitos neuronales durante el desarrollo fetal.

El PFC se ha visto implicado en importantes deficiencias cognitivas y trastornos del neurodesarrollo, incluida la esquizofrenia. En el caso de la esquizofrenia, se observan cambios en la estructura y función de PFC, en parte debido al adelgazamiento de la corteza. El equipo de investigación fue capaz de delinear cuando las neuronas excitatorias e inhibitorias, las células del PFC que se han relacionado con trastornos que incluyen la esquizofrenia y el autismo, aparecen por primera vez y maduran. Comprender cómo y cuándo surgen estos tipos de células podría proporcionar la base para el desarrollo de terapias para estos y los defectos neurológicos relacionados.

Este equipo con base en Beijing no fue el primero en explorar el cerebro humano en un solo nivel celular, y ciertamente no será el último. Los investigadores trabajan continuamente para optimizar la forma en que recopilan información sobre diferentes regiones del cerebro, en diferentes etapas de desarrollo, creando un modelo completo de referencia para estudiar las bases moleculares de la experiencia humana, desde la formación de la memoria hasta la enfermedad neurodegenerativa. A medida que los métodos de alto rendimiento se vuelven más comunes, los nuevos descubrimientos continúan acercándonos a la comprensión del paisaje increíblemente desalentador, pero hermoso, que es el cerebro humano.