Los atlas de células de múltiples tejidos conducen a un salto en la comprensión de la inmunidad y la enfermedad

El objetivo del Atlas de Células Humanas de mapear cada tipo de célula en el cuerpo humano para transformar nuestro conocimiento de la biología, la infección y la enfermedad es un paso más cercano con cuatro estudios publicados en Ciencia hoy dia.

Investigadores del consorcio internacional Human Cell Atlas (HCA) han creado mapas altamente detallados de más de un millón de células individuales en 33 órganos y sistemas en todo el cuerpo humano, brindando nuevos conocimientos biológicos sobre la salud y las enfermedades humanas, incluido el sistema inmunológico.

Estos atlas de células multitejidos complementarios contribuirán a la creación de un solo atlas de células humanas y tendrán muchas implicaciones terapéuticas, incluida la información sobre nuestra comprensión de las enfermedades comunes y raras, el desarrollo de vacunas, la inmunología antitumoral y la medicina regenerativa.

Hasta ahora, el HCA se ha centrado principalmente en obtener una comprensión celular profunda de órganos individuales, tejidos o pequeños subconjuntos de tejidos. Ahora, cuatro importantes estudios colaborativos realizados por investigadores del Instituto Wellcome Sanger, Reino Unido; el Instituto Broad del MIT y Harvard, EE. UU.; el Chan Zuckerberg Biohub, EE. UU.; y sus colaboradores internacionales, han desarrollado métodos y creado el atlas de tejidos cruzados más completo hasta la fecha.

Disponible abiertamente, los atlas permiten a los investigadores comparar tipos específicos de células en todo el cuerpo con gran detalle, revelando nuevas funciones celulares y arrojando luz sobre la salud y la enfermedad.

Inmersión profunda en el sistema inmunitario a través de los tejidos

Históricamente, nuestra comprensión del sistema inmunitario humano se ha limitado principalmente al papel de las células que circulan en la sangre; sin embargo, las células inmunitarias dentro de los tejidos desempeñan un papel clave en el mantenimiento de la salud y la lucha contra las infecciones. en uno de los Ciencia En sus artículos, investigadores del Instituto Wellcome Sanger, la Universidad de Cambridge y sus colaboradores secuenciaron el ARN de 330 000 células inmunitarias individuales de todo el cuerpo adulto para comprender la función de las células inmunitarias en diferentes tejidos.

Después de crear un catálogo seleccionado de células inmunitarias dentro del cuerpo humano, el equipo desarrolló una herramienta de aprendizaje automático, CellTypist, para automatizar la identificación de tipos de células. Usando esta herramienta, identificaron alrededor de cien tipos distintos de células inmunes, incluidos macrófagos específicos, células T y células B y su distribución en diferentes tejidos.

La Dra. Sarah Teichmann, copresidenta del Comité Organizador del Atlas de Células Humanas, directora de Genética Celular del Instituto Wellcome Sanger y autora principal del artículo, dijo: «Una comprensión detallada de las células a través del Atlas de Células Humanas ayudará a explicar muchos aspectos de la salud y la enfermedad humanas. Al comparar células inmunitarias particulares en múltiples tejidos de los mismos donantes, identificamos diferentes sabores de células T de memoria en diferentes áreas del cuerpo, lo que podría tener grandes implicaciones en el manejo de infecciones. Nuestros datos disponibles abiertamente contribuirán al Atlas de Células Humanas y podría servir como marco para diseñar vacunas, o para mejorar el diseño de terapias inmunológicas para atacar el cáncer».

Un segundo estudio del Instituto Sanger, la Universidad de Cambridge y sus colaboradores aparece en línea en Ciencia today, que creó un atlas integral del sistema inmunitario humano en desarrollo en todos los órganos, revelando tejidos involucrados en la formación de células sanguíneas e inmunitarias y mejorando nuestra comprensión de los trastornos inmunitarios. También revela los tipos de células que se pierden a medida que crecemos, para informar la ingeniería celular in vitro y la investigación de medicina regenerativa.

Un atlas de tejidos congelados arroja luz sobre genes de enfermedades raras y comunes

Una de las promesas de los atlas de células individuales es ayudar a mapear los tipos de células específicas en las que los genes de enfermedades, desde las que causan enfermedades raras como la distrofia muscular o contribuyen al riesgo de enfermedades comunes como la enfermedad cardíaca, actúan en todo el cuerpo humano. Necesita perfilar todos los tipos de células, incluidas las células del músculo esquelético, las células grasas y las neuronas que son difíciles de capturar. Las células de un mayor número de individuos también son vitales, lo que requiere que los científicos recolecten y congelen los tejidos antes del análisis.

En uno de los nuevos artículos en Ciencia, investigadores del Instituto Broad y sus colaboradores revelan cómo optimizaron la secuenciación de ARN de un solo núcleo para superar el desafío de usar células congeladas y luego crearon un atlas de tejidos cruzados para analizar 200 000 células de múltiples tejidos congelados en bancos, centrándose en enfermedades raras y comunes. genes Utilizando nuevos algoritmos de aprendizaje automático, el equipo asoció sistemáticamente las células del atlas con 6000 enfermedades de un solo gen y 2000 enfermedades y rasgos genéticos complejos para identificar los tipos de células y los programas de genes que podrían estar involucrados en la enfermedad, revelando múltiples puntos de partida novedosos para nuevos estudios sobre la salud y la enfermedad.

El Dr. Aviv Regev, copresidente del Atlas de células humanas y profesores en licencia del Instituto Broad y el MIT, quien ahora es director de investigación y desarrollo temprano de Genentech, y autor principal del artículo, dijo: «Nuestro núcleo único El estudio Human Cell Atlas demuestra una poderosa forma a gran escala de analizar células de muestras de tejido congelado en todo el cuerpo con avances computacionales de aprendizaje profundo, y abre el camino a estudios de tejidos de cohortes enteras de pacientes a nivel de una sola célula. crear una nueva hoja de ruta para múltiples enfermedades, al relacionar directamente las células con la biología de la enfermedad humana y los genes de riesgo de enfermedad en todos los tejidos. Anticipamos que este trabajo conducirá a muchos estudios nuevos y permitirá los esfuerzos en curso del atlas de células humanas para construir un mapa de referencia de todas las células humanas».

La Tabula Sapiens: amplio atlas de células entre tejidos

El artículo final de este conjunto describe un estudio muy grande de tejidos cruzados realizado por investigadores del Chan Zuckerberg Biohub y sus colaboradores. El equipo utilizó la secuenciación de ARN de una sola célula de células vivas para analizar muchos órganos del mismo donante, lo que permitió comparaciones entre tejidos controladas por antecedentes genéticos, edad y efectos ambientales. La colección de casi medio millón de células proporciona un atlas de tejido cruzado excepcionalmente amplio a partir de células vivas, y ha creado un conjunto de datos que los investigadores llaman ‘La Tabula Sapiens’.

Los datos de Tabula Sapiens permitieron la caracterización detallada de más de 400 tipos de células específicas, su distribución y variación en la expresión génica en los tejidos. Además, mediante el análisis de células vivas, sus datos también permitieron el primer análisis a gran escala de empalme de genes alternativos en un atlas de una sola célula. El estudio proporciona a los investigadores un enorme recurso de investigación de tipos de células anotadas por expertos humanos que brindarán nuevos conocimientos importantes sobre la biología fundamental y la enfermedad.

El profesor Stephen Quake, presidente de CZ Biohub Network, y Lee Otterson, profesor de bioingeniería y profesor de física aplicada en la Universidad de Stanford, y autor principal del artículo, dijeron: «La Tabula Sapiens es un atlas de referencia que proporciona una definición molecular de cientos de tipos de células en 24 órganos del cuerpo humano. Representa los esfuerzos de más de 150 autores en varias instituciones; la comunidad científica descubrirá nuevos conocimientos sobre la biología humana a partir de este recurso durante muchos años».

Los datos y las herramientas de tejidos cruzados de HCA están disponibles abiertamente

El HCA es un consorcio de colaboración internacional que traza los tipos de células en el cuerpo sano, proporcionando un recurso sin precedentes para estudiar la salud y la enfermedad. Un consorcio abierto, de vanguardia y dirigido por científicos, HCA es un esfuerzo de colaboración de investigadores, institutos y financiadores de todo el mundo, con más de 2300 miembros de 83 países de todo el mundo.

Con compromisos de acceso abierto, ética y equidad global, los datos de HCA están disponibles abiertamente para beneficiar a las personas en todas partes. Los datos de estos y otros estudios están disponibles gratuitamente en los portales de datos de HCA, a los que los investigadores de todo el mundo pueden acceder a través de la plataforma de coordinación de datos de HCA, así como a través de Cambridge Cell Atlas, Broad Single Cell Portal y UCSC Cell Browser.

El profesor Sten Linnarsson, del Karolinska Institutet de Suecia y miembro del Comité Organizador de la HCA, dijo: «El Human Cell Atlas está transformando nuestra comprensión de la biología y la enfermedad. Estos estudios entre tejidos representan un hito para la HCA y la biología unicelular. al permitir una comparación sistemática y profunda de los mismos tipos de células a lo largo del desarrollo y la edad adulta. Son un gran paso adelante para generar un Atlas de células humanas de todos los tipos de células en el cuerpo humano, sentando las bases para una nueva era de diagnóstico, atención médica y medicina de precisión».