Los investigadores del consorcio global Human Cell Atlas (HCA) han dado a conocer un avance significativo en su búsqueda de una mejor comprensión de las células del cuerpo humano –las unidades fundamentales de la vida–, en la salud y la enfermedad, con la reciente publicación de una colección de más de 40 artículos revisados ​​por pares en Nature y otras revistas de Nature Portfolio.

La HCA está desarrollando y utilizando métodos experimentales y computacionales en la ‘revolución de la resolución’, es decir, en la genómica unicelular y espacial, para crear mapas de referencia completos de todas las células humanas como base para comprender la salud humana y diagnosticar, monitorear y tratar enfermedades. Hasta la fecha, más de 3.600 miembros de la HCA de más de 100 países han trabajado juntos para perfilar más de 100 millones de células de más de 10.000 personas. Los investigadores están trabajando actualmente para armar un primer borrador del Atlas de Células Humanas, que eventualmente crecerá hasta incluir hasta miles de millones de células en todos los órganos y tejidos.

Esta colección de estudios en Nature Portfolio demuestra avances importantes en tres aspectos de la misión de HCA: mapeo de tejidos u órganos adultos individuales; mapeo de tejidos humanos en desarrollo; y desarrollo de nuevos métodos analíticos innovadores, incluidos métodos basados ​​en inteligencia artificial y aprendizaje automático. Los investigadores involucrados son miembros de las 18 redes biológicas de HCA, cada una de las cuales se centra en un órgano, tejido o sistema en particular.

Este manual destaca muchos de los conjuntos de datos a gran escala, algoritmos de inteligencia artificial y descubrimientos biomédicos de HCA que ya están transformando nuestra comprensión del cuerpo humano. Los estudios incluyen la revelación de cómo se forman la placenta y el esqueleto, los cambios durante la maduración cerebral, los nuevos estados de las células intestinales y vasculares, las respuestas pulmonares a la Covid-19, la investigación de cómo la variación genética afecta a la enfermedad y mucho más. En conjunto, estos estudios constituyen una prueba de principio del audaz esfuerzo del HCA por captar todos los aspectos de la diversidad humana, incluidos los genéticos, geográficos, de edad y de sexo.

Asimismo, los descubrimientos de HCA ya están informando de aplicaciones médicas desde diagnósticos hasta descubrimiento y desarrollo de fármacos. Al impulsar nuevas tecnologías para el diagnóstico de enfermedades y permitir el desarrollo de nuevos tratamientos y avances en medicina regenerativa, es probable que HCA facilite grandes transformaciones en la atención médica, lo que conducirá a una nueva era de medicina personalizada.

UN MOMENTO CRUCIAL

En 2016, los biólogos Aviv Regev y Sarah Teichmann lanzaron una iniciativa junto con otros 100 científicos. Se fijaron el ambicioso objetivo de catalogar todos los tipos de células del cuerpo humano, desde el desarrollo hasta la vejez. Eso equivale a mapear los aproximadamente 37,2 billones de células del cuerpo.

Para Teichmann, actualmente en el Instituto de células madre de Cambridge: “El Atlas de células humanas es una iniciativa global que ya está transformando nuestra comprensión de la salud humana. Al crear un mapa de referencia integral del cuerpo humano sano (una especie de ‘Google Maps’ para la biología celular), establece un punto de referencia para detectar y comprender los cambios que subyacen a la salud y la enfermedad. Este nuevo nivel de conocimiento sobre los genes, mecanismos y tipos de células específicos dentro de los tejidos está sentando las bases para diagnósticos más precisos, descubrimientos de fármacos innovadores y enfoques avanzados de medicina regenerativa”.

En opinión de Aviv Regev, ahora en Genentech: “Este es un momento crucial para la comunidad del HCA, ya que estamos avanzando hacia la consecución del primer borrador del Atlas de células humanas. Esta colección de estudios muestra los principales avances desde la biología hasta la IA logrados desde la publicación del Libro Blanco del HCA en 2017 y que ahora ofrecen numerosos conocimientos biológicos y clínicos. Este atlas a gran escala, impulsado por la comunidad, representativo a nivel mundial y rigurosamente seleccionado evolucionará continuamente y seguirá siendo accesible para todos para avanzar en nuestra comprensión del cuerpo humano en la salud y los tratamientos para las enfermedades”.

EL PAPEL DE LA IA

Varios estudios de la colección proporcionan un análisis detallado de tejidos y órganos específicos y revelan nuevos descubrimientos biológicos importantes para comprender las enfermedades. Por ejemplo, un atlas celular del intestino humano a partir de tejido sano y enfermo identificó un tipo de célula intestinal que puede estar involucrada en la inflamación intestinal [Oliver et al.], lo que proporciona un recurso valioso para investigar y, en última instancia, tratar afecciones como la colitis ulcerosa y la enfermedad de Crohn.

La nueva colección de artículos también incluye nuevos mapas de los tejidos humanos durante el desarrollo. Entre ellos, el primer mapa del desarrollo esquelético humano, que revela cómo se forma el esqueleto [To et al.], arroja luz sobre los orígenes de la artritis e identifica las células implicadas en las enfermedades esqueléticas. Un estudio adicional describe un atlas multiómico de la placenta del primer trimestre, que incluye información sobre los programas genéticos que controlan cómo se desarrolla la placenta y cómo funciona para proporcionar nutrientes y protección al embrión [Shu et al.]. Estos y otros estudios de biología del desarrollo incluidos en la colección aumentan nuestra comprensión fundamental del desarrollo saludable en el tiempo y el espacio, y proporcionan modelos y recursos para la creación de terapias, ya que muchas enfermedades tienen su origen en el desarrollo humano.

Un artículo complementario destaca la importancia de incluir muestras de poblaciones humanas históricamente subrepresentadas y describe acciones y principios destinados a promover una ciencia equitativa [Amit et al.]. En este sentido, el profesor Partha Majumder, del Centro John C Martin de Investigación e Innovación Hepática de la India, miembro del Comité Organizador del HCA y copresidente del Grupo de Trabajo de Equidad del HCA, destacó que “una prioridad clave para el HCA es garantizar una representación de la amplia gama de diversidad humana: genética, cultural y geográfica. Los estudios del HCA, como el Atlas de Diversidad Inmunológica Asiática y el análisis de diferencias histopatológicas distintivas en muestras de COVID-19 de Malawi, demuestran el notable poder de la colaboración científica internacional a gran escala”.

Otro artículo ilustra el papel de HCA en el desarrollo de nuevas directrices éticas sobre una amplia gama de cuestiones en la ciencia genómica y en poner este asesoramiento a disposición de los científicos de todo el mundo [Kirby et al.].

Así como la IA ha revolucionado la capacidad de los humanos para procesar texto rápidamente, ahora también está ayudando a los científicos a desarrollar una comprensión más profunda y completa de la biología a nivel celular y más allá. La colección presenta nuevos métodos de IA para comprender y clasificar mejor los tipos de células y buscar células en este vasto mapa. Por ejemplo, SCimilarity [Heimberg et al.] permite a los investigadores comparar conjuntos de datos de células individuales para identificar tipos de células similares en diferentes tejidos y contextos, de manera análoga a cómo la “búsqueda de imágenes inversa” puede buscar fotos. Otros equipos de investigación abordaron desafíos de larga data, como la clasificación de células en grupos jerárquicos en función de sus propiedades, conocida como anotación celular [por ejemplo, Ergan et al. y Fischer et al.].

Jeremy Farrar, científico jefe de la Organización Mundial de la Salud, puso de relieve que “esta colección histórica de artículos de la comunidad internacional del Atlas de células humanas subraya el enorme progreso hacia el mapeo de cada tipo de célula humana y cómo cambia a medida que crecemos y envejecemos. Los conocimientos que surgen de estos descubrimientos ya están redefiniendo nuestra comprensión de la salud y la enfermedad, allanando el camino para beneficios transformadores para la salud que afectarán vidas en todo el mundo”.

Los estudios individuales de la colección fueron financiados por más de cien fuentes de financiación diferentes en todo el mundo. El HCA también recibe apoyo organizativo de la Chan Zuckerberg Initiative, Wellcome, la Klarman Family Foundation, el Helmsley Charitable Trust y otros.