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bioinformática

Cómo se hace un ser humano

Investigadores mapean red de células humanas adultas y sus precursoras

PNASTodos saben que el desarrollo de un ser humano, desde la primera célula (o cigoto) hasta el individuo adulto, es un proceso complicado. ¿Pero cuán complicado es? Un estudio llevado a cabo por investigadores de la Universidad Federal de Bahía (UFBA) brinda una  medida más precisa de esa complejidad y ofrece pistas que en el futuro pueden ayudar a tratar algunas enfermedades.

El estudio fue realizado por un equipo de físicos que decidió explorar aplicaciones en la biología de las herramientas empleadas más comúnmente en sus áreas de origen. De allí el abordaje tan poco común: decidieron observar el desarrollo humano como si fuese una red de computadoras, como internet.

En la etapa inicial del trabajo, Viviane Galvão, que en la época hacia su doctorado en la Universidad Estadual de Feira de Santana y ahora es investigadora del Instituto de Física de la UFBA, escrutó la literatura científica en busca de todas las referencias sobre tipos celulares existentes en el cuerpo humano, fuese cual fuese la etapa de desarrollo. Analizó estudios realizados con embriones y fetos abortados espontáneamente en diferentes estadios de la gestación. Galvão también consultó investigaciones que identificaban los tipos celulares encontrados en individuos ya formados, del nacimiento a la muerte.

En total, el equipo identificó 873 distintos tipos celulares. El número puede causar extrañeza a alguien versado en embriología humana, al fin y al cabo, se sabe que en el cuerpo de una persona adulta existen alredor de 200 tipos de células. Lo que explica esta diferencia es que el trabajo realizado por el grupo de Bahía en asociación con investigadores de Ceará y Estados Unidos tiene en cuenta las células de tejidos que existen únicamente durante ciertas etapas del desarrollo y después desaparecen, tal como ocurre con la placenta, que existe únicamente durante la gestación.

Después de relevar este catálogo tan completo como fue posible, el grupo empleó modelos computacionales para buscar las conexiones entre los distintos tipos celulares, en un intento por establecer cuáles eran los precursores de cada tejido y de crear una red de relaciones entre todas las células. Surgió entonces lo que ellos denominaron red de diferenciación celular humana (NHCD, sigla en inglés), descrita en detalle en un artículo publicado en marzo de este año en la revista PNAS.

Caminos múltiples
En esa fase del trabajo surgió la primera sorpresa: los resultados contradecían a los estudios anteriores. En lugar vez formar un patrón que se asemejaría más a un árbol, en el cual el tronco es formado por las células precursoras y las ramas por sus derivadas, surgió un dibujo muy diferente: las conexiones eran más complejas, con caminos no necesariamente lineales y llenos de conexiones intermedias que, en ciertos puntos, se asemejaban a una tela de araña. “Vimos que la célula A podía no solamente transformarse en la célula B, sino también en la célula C”, comenta Viviane. “Había diversos caminos posibles para la formación de un  determinado tipo celular.”

Ese mapa de la diferenciación celular produce un patrón de conexiones que puede estudiarse con las herramientas matemáticas empleadas para estudiar redes como internet. Pero, lo que es más importante, de acuerdo con los investigadores, es que ese trabajo hace posible tener una visión sistémica de la diferenciación celular.

Médicos y biólogos que investigan un órgano como el corazón suelen conocer a fondo las células cardíacas y sus precursoras, del mismo modo que un neumólogo sabe mucho más sobre las células respiratorias que sobre las demás. “Con esa red a disposición, uno se puede percatar: ‘Ah, esa célula digestiva también aparece en el sistema respiratorio, algo que quienes trabajan con un área específica podrían no saber”, explica Viviane.

El patrón formado por la red también puede orientar la búsqueda de sustancias que hagan posible controlar mejor los procesos de diferenciación celular, uno de los grandes desafíos de la investigación con células madres, conocidas por su vasto potencial para originar diferentes tejidos en el organismo ante un estímulo correcto. “Podemos observar en la red que un  tipo celular A se origina más comúnmente desde una célula B, pero también puede surgir a partir de un tipo C, entonces eso estimula al investigador a buscar nuevos fármacos que puedan inducir a esa diferenciación específica”, dice la investigadora de la UFBA.

Visión integrada
Por cierto, los estudios con células madre son los que más pueden beneficiarse con esa visión más integrada de la diferenciación celular. Mientras desarrollaba la red de diferenciación celular, Viviane Galvão también trabajó simultáneamente en el modelado de diversas redes más específicas volcadas a procesos ligados a enfermedades. Uno de los trabajos apuntaba precisamente a retratar lo que sucede en términos de regeneración cardíaca cuando un corazón dañado por el parásito causante de la enfermedad de Chagas recibe una inyección de células madre adultas. Este tratamiento fue desarrollado por el grupo del médico Ricardo Ribeiro dos Santos, de la Fundación Oswaldo Cruz (Fiocruz) de Bahía, y ha demostrado resultados prometedores, aunque el mecanismo exacto implicado en la acción de las células madre aún no está claro.

Uno de los trabajos de Viviane, que contó con la participación del investigador de la Fiocruz, intentó por vías teóricas echar alguna luz sobre esta cuestión. Los resultados sugieren algunas explicaciones de los motivos por los cuales el tratamiento funciona, y pueden en el futuro ayudar a indicar la cantidad ideal de células madre que ha de usarse, aunque muchos mecanismos biológicos implicados en la recuperación del corazón estén todavía lejos de aclararse.

Viviane también trabajó en modelados similares para otras enfermedades, tales como ciertos tipos de cáncer, y afirma que los resultados sirven para prever los caminos que la metástasis puede tomar, por ejemplo. “Al verificar el parentesco entre los distintos tipos celulares, logramos entender por qué un cáncer específico invade un  órgano, y no otro”, dice.

Ella y sus colaboradores pretenden ahora establecer la red que caracteriza la respuesta inmunológica y la interacción celular de otras enfermedades parasitarias, tales como la tuberculosis y la malaria. Es posible que los médicos y los biólogos inicialmente vean esos hallazgos con reserva. Al fin y al cabo, no se sabe aún con  seguridad si todos los tipos de células humanas han sido identificados. Y una red incompleta puede llevar a conclusiones incorrectas.

Artículo científico
GALVÃO, V. et al. Modularity map of the network of human cell differentiation. PNAS. v. 107, n. 13, p. 5.750-55. 30 mar. 2010.

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