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En un tour de force para la neurociencia, equipos de investigadores han publicado un voluminoso conjunto de atlas de células cerebrales para humanos y otros primates.
Los atlas se detallan en 21 artículos de investigación que aparecen en Ciencia, Avances científicos y Medicina traslacional científica – y podría orientar a los científicos hacia nuevas estrategias para abordar afecciones mentales que van desde la enfermedad de Alzheimer y la esquizofrenia hasta la epilepsia y el TDAH.
“Necesitamos comprender las características específicas del cerebro humano si queremos comprender las enfermedades humanas”, dijo Ed Lein, investigador principal del Centro de Estudios de Seattle. Instituto Allendijo en comentarios proporcionados a través de video.
“La mayor parte de la investigación sobre enfermedades intenta crear una réplica o un modelo de una enfermedad humana en una especie que no la padece”, explicó Lein. “Pero si queremos entender por qué lo contraemos, cuáles son las consecuencias y cómo debemos tratarlo, necesitamos tener un conocimiento profundo del propio cerebro humano”.
Los estudios del paquete publicado hoy son parte de la Red de Censos Celulares de la Iniciativa BRAIN de los Institutos Nacionales de Salud, o BICCNun programa que se lanzó en 2017. El Instituto Allen de Ciencias del Cerebro ha desempeñado un papel importante en compartir datos producido por el programa.
Un estudio analizó más de un millón de células extraídas de 42 regiones del cerebro. Otro estudio extrajo muestras de alta calidad de más de 100 regiones del cerebro. Otro estudio más se centró en muestras de tejido cerebral prenatal. Los esfuerzos colectivos de los equipos de investigación caracterizaron más de 3.000 tipos de células cerebrales humanas.
Los investigadores no se limitaron a examinar las propias células cerebrales. También los sometieron a análisis de ADN para saber qué genes parecían estar relacionados con las funciones y disfunciones de las células.
Un estudio dirigido por el científico del Instituto Allen, Nelson Johansen, evaluó las variaciones en los tipos de células cerebrales en 75 seres humanos adultos sometidos a cirugías de epilepsia y tumores. El equipo de Johansen observó una amplia variación entre las células, pero descubrió que menos de la mitad de las diferencias podrían explicarse por indicadores demográficos como el sexo o la ascendencia.
“No existe un único ser humano prototípico; Existe un espectro de diferencias en la variación genética y la respuesta ambiental tanto en individuos sanos como en estados patológicos”, escribieron las neurocientíficas Alyssa Weninger y Paola Arlotta en un comentario sobre los estudios.
Algunos investigadores se centraron en analizar células cerebrales de cuatro especies de primates no humanos (chimpancés, gorilas, macacos rhesus y titíes) para aprender más sobre las similitudes y diferencias neuronales con respecto a los humanos.
“Sólo unos pocos cientos de genes mostraron patrones de expresión específicos de los humanos, y éstos estaban desproporcionadamente cerca de regiones genómicas con signos de selección evolutiva en los humanos”, señalaron Weninger y Arlotta. “Estos resultados sugieren que las propiedades específicas de la corteza humana adulta pueden derivar de relativamente pocos cambios celulares y moleculares”.
Jay Shendure, profesor de genómica en la Universidad de Washington y director del Instituto Brotman Baty de Seattle, fue el autor principal del estudio sobre los macacos. “Nuestros datos, que hemos puesto a disposición de la comunidad científica y del público en general, representan el atlas molecular multimodal más grande y completo en un primate hasta la fecha, y son cruciales para explorar cómo las numerosas células del cerebro se unen para dar Esto aumenta la complejidad del comportamiento de los primates, incluidos los humanos”, dijo Shendure en un comunicado de prensa.
Se espera que los hallazgos recientemente publicados proporcionen una base para futuras investigaciones sobre cómo funcionan los cerebros sanos y qué hacer cuando el cerebro de una persona no funciona como debería.
Weninger y Arlotta dijeron que las diferencias genéticas encontradas entre los cerebros de primates humanos y no humanos “resaltan la necesidad de complementar el uso de sistemas de modelos animales con sistemas de modelos humanos”; por ejemplo, organoides cerebrales humanos que se cultivan en el laboratorio a partir de tallos. células.
“Comprender cómo construir organoides y si replican características y propiedades del tejido nativo requiere conjuntos de datos completos del cerebro humano no sólo en el adulto sino también durante todo el desarrollo”, escribieron.
Los cientos de investigadores enumerados como coautores de los 21 artículos publicados en Science, Science Advances y Science Translational Medicine incluyen más de 100 investigadores afiliados a instituciones con sede en el área de Seattle, incluido el Instituto Allen, la Universidad de Washington, el Brotman Baty Instituto de Medicina de Precisión, Providence Health & Services, Seattle Children’s Research Institute y Sage Bionetworks.
