Un nuevo atlas de células que transportan sangre al cerebro
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Si bien las neuronas y las células gliales son, con mucho, las células más numerosas del cerebro, muchos otros tipos de células desempeñan funciones importantes. Entre ellas se encuentran las células cerebrovasculares, que forman los vasos sanguíneos que llevan oxígeno y otros nutrientes al cerebro.
Esas células, que comprenden solo el 0,3 por ciento de las células del cerebro, también forman la barrera hematoencefálica, una interfaz crítica que evita que los patógenos y las toxinas ingresen al cerebro, al tiempo que permite el paso de señales y nutrientes críticos. Investigadores del MIT ahora han realizado un análisis extenso de estas células difíciles de encontrar en el tejido cerebral humano, creando un atlas completo de los tipos de células cerebrovasculares y sus funciones.
Su estudio también reveló diferencias entre las células cerebrovasculares de personas sanas y personas que padecen la enfermedad de Huntington, lo que podría ofrecer nuevos objetivos para posibles formas de tratar la enfermedad de Huntington. La ruptura de la barrera hematoencefálica está asociada con la enfermedad de Huntington y muchas otras enfermedades neurodegenerativas, y a menudo ocurre años antes de que aparezcan otros síntomas.
«Creemos que esta podría ser una ruta muy prometedora porque la vasculatura cerebral es mucho más accesibles para la terapéutica que las células que se encuentran dentro de la barrera hematoencefálica del cerebro», dice Myriam Heiman, profesora asociada en el Departamento de Ciencias Cognitivas y Cerebrales del MIT y miembro del Instituto Picower para el Aprendizaje y la Memoria.
Heiman y Manolis Kellis, profesor de ciencias de la computación en el Laboratorio de Ciencias de la Computación e Inteligencia Artificial (CSAIL) del MIT y miembro del Instituto Broad del MIT y Harvard, son los autores principales del estudio, que aparece hoy en Nature. Los estudiantes de posgrado del MIT Francisco García, del Departamento de Ciencias Cognitivas y del Cerebro, y Na Sun, del Departamento de Ingeniería Eléctrica y Ciencias de la Computación, son los autores principales del artículo.
Un atlas completo
Las células cerebrovasculares forman la red de vasos sanguíneos que llevan oxígeno y nutrientes al cerebro, y también ayudan a eliminar los desechos y los metabolitos. Se cree que la disfunción de este sistema de irrigación contribuye a la acumulación de los efectos nocivos que se observan en la enfermedad de Huntington, el Alzheimer y otras enfermedades neurodegenerativas.
Muchos tipos de células se encuentran en la vasculatura cerebral, pero debido a que forman tales una pequeña fracción de las células en el cerebro, ha sido difícil obtener suficientes células para realizar análisis a gran escala con secuenciación de ARN de una sola célula. Este tipo de estudio, que permite descifrar los patrones de expresión génica de células individuales, ofrece una gran cantidad de información sobre las funciones de tipos de células específicos, en función de qué genes se activan en esas células.
Para este estudio, el equipo del MIT pudo obtener más de 100 muestras de tejido cerebral humano post mortem y 17 muestras de tejido cerebral sano extraídas durante una cirugía realizada para tratar ataques epilépticos. Ese tejido de la cirugía cerebral provino de pacientes más jóvenes que las muestras post mortem, lo que permitió a los investigadores reconocer también las diferencias asociadas con la edad en la vasculatura. Los investigadores enriquecieron las muestras de cirugía cerebral en células cerebrovasculares mediante centrifugación y analizaron las células de muestra post mortem a través de una tubería de «clasificación» computacional que identificó las células cerebrovasculares en función de ciertos marcadores que expresan.
Los investigadores realizaron Secuenciaron el ARN en más de 16 000 células cerebrovasculares y utilizaron los patrones de expresión génica de las células para clasificarlas en 11 subtipos diferentes. Estos tipos incluían células endoteliales, que recubren los vasos sanguíneos; las células murales, que incluyen los pericitos, que se encuentran en las paredes de los capilares, y las células del músculo liso, que ayudan a regular la presión y el flujo sanguíneo; y fibroblastos, un tipo de célula estructural.
«Este estudio nos permitió acercarnos a este tipo de célula increíblemente central que facilita todo el funcionamiento del cerebro», dice Kellis. «Lo que hemos hecho aquí es comprender estos componentes básicos y esta diversidad de tipos de células que componen la vasculatura en una resolución sin precedentes, en cientos de personas».
Los investigadores también encontraron evidencia de un fenómeno conocido como zonificación Esto significa que las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos expresan diferentes genes según su ubicación en una arteriola, capilar o vénula. Además, entre los cientos de genes que identificaron que se expresan de manera diferente en las tres zonas, solo alrededor del 10 por ciento de ellos son iguales a los genes zonales que se han visto previamente en la vasculatura cerebral del ratón.
«Nosotros vi mucha especificidad humana», dice Heiman. «Lo que proporciona nuestro estudio es una lista de marcadores e información sobre la función de los genes en estas tres regiones diferentes. Estas son cosas que creemos que es importante ver desde la perspectiva de la vasculatura cerebral humana, porque la conservación entre especies no es perfecta».
Ruptura de la barrera
Los investigadores también utilizaron su nuevo atlas de vasculatura para analizar un conjunto de muestras de tejido cerebral post mortem de pacientes con enfermedades, lo que demuestra su amplia utilidad. Se centraron en la enfermedad de Huntington, en la que las anomalías de la vasculatura cerebral incluyen fugas en la barrera hematoencefálica y una mayor densidad de vasos sanguíneos. Estos síntomas generalmente aparecen antes que cualquiera de los otros síntomas asociados con la enfermedad de Huntington y se pueden ver usando imágenes de resonancia magnética funcional (fMRI).
En este estudio, los investigadores encontraron que las células de los pacientes de Huntington mostraron muchos cambios en expresión génica en comparación con células sanas, incluida una disminución en la expresión del gen MFSD2A, un transportador clave que restringe el paso de lípidos a través de la barrera hematoencefálica. Creen que la pérdida de ese transportador, junto con otros cambios que observaron, podría contribuir a una mayor fuga de la barrera.
También encontraron una regulación positiva de los genes involucrados en la vía de señalización Wnt, que promueve la formación de nuevos vasos sanguíneos. crecimiento y que las células endoteliales de los vasos sanguíneos mostraron una activación inmunológica inesperadamente fuerte, lo que puede contribuir aún más a la desregulación de la barrera hematoencefálica.
Debido a que se puede acceder a las células cerebrovasculares a través del torrente sanguíneo, podrían convertirse en un objetivo tentador para posibles tratamientos para la enfermedad de Huntington y otras enfermedades neurodegenerativas, dice Heiman. Los investigadores ahora planean probar si podrían administrar medicamentos potenciales o terapia génica a estas células, y estudiar qué efecto terapéutico podrían tener, en modelos de ratón con la enfermedad de Huntington.
«Dada esa disfunción cerebrovascular surge años antes de los síntomas más específicos de la enfermedad, tal vez sea un factor que permita la progresión de la enfermedad», dice Heiman. «Si eso es cierto, y podemos evitarlo, podría ser una oportunidad terapéutica importante».
Los investigadores también planean analizar más datos de secuenciación de ARN de sus muestras de tejido, más allá de las células cerebrovasculares que examinaron en este artículo.
«Nuestro objetivo es construir un mapa sistemático de una sola célula para navegar por la función cerebral en la salud, la enfermedad y el envejecimiento a través de miles de muestras de cerebro humano», dice Kellis. «Este estudio es una de las primeras piezas del tamaño de un bocado de este atlas, que analiza el 0,3 por ciento de las células. Estamos analizando activamente el otro 99 por ciento en múltiples colaboraciones emocionantes, y aún quedan muchas ideas por delante».
Explore más
El ‘atlas celular’ de la vasculatura cerebral conecta el accidente cerebrovascular con nuevas células inmunitarias Más información: Francisco J. Garcia et al, disección unicelular de la vasculatura cerebral humana, Nature (2022). DOI: 10.1038/s41586-022-04521-7 Información de la revista: Nature
Proporcionado por el Instituto Tecnológico de Massachusetts
Esta historia se vuelve a publicar por cortesía de MIT News (web.mit.edu/ newsoffice/), un sitio popular que cubre noticias sobre investigación, innovación y enseñanza del MIT.
Cita: Un nuevo atlas de células que llevan sangre al cerebro (2022, 15 de febrero) recuperado el 29 de agosto de 2022 de https://medicalxpress.com/news/2022-02-atlas -cells-blood-brain.html Este documento está sujeto a derechos de autor. Aparte de cualquier trato justo con fines de estudio o investigación privados, ninguna parte puede reproducirse sin el permiso por escrito. El contenido se proporciona únicamente con fines informativos.