Al igual que las plantas en un bosque próspero, ciertas células del cerebro crean un ambiente propicio que mejora la salud y la resiliencia de sus vecinas, mientras que otras promueven el estrés y el daño, de manera similar a una maleza nociva en un ecosistema, tal y como asegura un trabajo de la Universidad de Standford (Estados Unidos).
El nuevo estudio, publicado en 'Nature', revela que estas interacciones se producen a lo largo de la vida. Sugiere asi que las interacciones celulares locales pueden influir profundamente en el envejecimiento cerebral y ofrece nuevas perspectivas sobre cómo podemos ralentizar o incluso revertir el proceso "Lo que nos resultó emocionante fue descubrir que algunas células tienen un efecto proenvejecimiento en las células vecinas, mientras que otras parecen tener un efecto rejuvenecedor en sus vecinas", asegura Anne Brunet, profesora titular de Michele y Timothy Barakett en el Departamento de Genética de Stanford e investigadora coprincipal del nuevo estudio.
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"Nos sorprendió descubrir que las células madre neuronales, que hemos estudiado durante mucho tiempo, tenían un efecto rejuvenecedor en las células que las rodeaban.
En el futuro, queremos comprender el papel de las células madre neuronales a la hora de proporcionar un entorno beneficioso para la resiliencia en el cerebro", destalla el investigador.
Brunet colaboró con James Zou, profesor asociado de ciencia de datos biomédicos en Stanford, para realizar el estudio, que fue encabezado por el estudiante de posgrado Eric Sun. Así, el laboratorio de Brunet, líder en el campo del envejecimiento cerebral y la biología de células madre neuronales, aportó la experiencia biológica y el marco experimental.
El equipo de Zou aportó técnicas de inteligencia artificial de vanguardia para analizar los datos, mientras que Sun, con experiencia en física y análisis cuantitativo, actuó como puente entre estos dos mundos.
Estos hallazgos abren nuevas vías de investigación, incluido el examen de cómo las intervenciones rejuvenecedoras como el ejercicio y los factores de reprogramación promueven la salud cerebral, posiblemente al mejorar la resiliencia natural del cerebro y los mecanismos de reparación.
Estos conocimientos pueden sugerir nuevas estrategias para combatir la neurodegeneración y el deterioro cognitivo. Los hallazgos también pueden ayudar a los científicos a comprender cómo las enfermedades como la enfermedad de Alzheimer cambian la forma en que las células interactúan e impulsan el envejecimiento cerebral.
Su investigación, además, reveló un hallazgo sorprendente: de los 18 tipos de células diferentes que identificaron los investigadores, dos tipos de células poco comunes tenían efectos poderosos pero opuestos en las células cercanas.
Las células T, células inmunes que se infiltran en el cerebro envejecido, tienen un efecto claramente proinflamatorio y proenvejecimiento en las células vecinas que puede ser impulsado por el interferón, una molécula de señalización que impulsa la inflamación.
Por otro lado, descubrieron que las células madre neuronales, aunque raras, demuestran un poderoso efecto rejuvenecedor, incluso en células cercanas fuera del linaje neuronal.
Durante el desarrollo cerebral, las células madre neuronales maduran hasta convertirse en los principales tipos de células del cerebro; en los adultos, también pueden dar lugar a nuevas neuronas y son importantes para el mantenimiento y la reparación del sistema nervioso.
Más allá de su capacidad bien establecida para generar nuevas neuronas sanas, el nuevo estudio sugiere que las células madre neuronales pueden ayudar a crear un entorno de apoyo para las células cerebrales.
Estos hallazgos son importantes, resalta Zou, "porque resaltan cómo las interacciones celulares -no solo las propiedades intrínsecas de las células individuales- dan forma al proceso de envejecimiento".
En el centro de esta investigación se encuentran tres innovaciones clave del equipo de investigación: un atlas espacial unicelular de la actividad genética en el cerebro del ratón a lo largo de su vida y dos herramientas computacionales avanzadas, cada una esencial para reconstruir cómo las células se influyen entre sí a medida que envejecen.
Para mapear los complejos vecindarios del cerebro, los investigadores crearon un atlas transcriptómico unicelular espacial del cerebro del ratón, capturando datos de expresión genética de 2,3 millones de células a lo largo de 20 etapas de la vida, equivalentes a las edades humanas de 20 a 95 años.
A diferencia de los métodos tradicionales que separan tejidos complejos, como el cerebro, en una colección de muchas células desconectadas, este enfoque experimental preservó las relaciones espaciales entre las células, lo que permitió al equipo estudiar cómo su proximidad espacial da forma al envejecimiento.
El atlas sentó las bases para la primera herramienta computacional: un reloj espacial de envejecimiento. Los relojes son modelos de aprendizaje automático diseñados para predecir la edad biológica de células individuales en función de su expresión genética.
"Por primera vez, podemos utilizar los relojes de envejecimiento como una herramienta para descubrir nueva biología", destaca Sun, en lugar de usarlos únicamente para estimar la edad biológica.
La segunda herramienta, construida con redes neuronales gráficas, proporcionó una forma poderosa de modelar estas interacciones entre células. Al crear una especie de cerebro in silico, los investigadores pudieron simular lo que sucede cuando se agregan, eliminan o modifican tipos específicos de células.
Esto les permitió explorar posibles intervenciones que serían casi imposibles de probar en un cerebro vivo. "Esta herramienta computacional nos permite simular lo que sucede cuando perturbamos células individuales en el cerebro, algo que realmente no podemos probar experimentalmente a escala", explica Zou.
Para garantizar que la comunidad científica más amplia pueda aprovechar sus hallazgos, Sun ha puesto sus herramientas y código a disposición del público, proporcionando un recurso valioso para estudiar las interacciones celulares en diversos tejidos y organismos.
De esta forma,estudio ofrece información importante sobre los factores que impulsan el envejecimiento, así como sobre los factores de rejuvenecimiento que podrían ayudar a restaurar la resiliencia y la vitalidad del cerebro envejecido. "Cada célula responde de manera diferente a las intervenciones de rejuvenecimiento", comenta Brunet.
"El envejecimiento cerebral es excepcionalmente complejo, por lo que las terapias futuras deberán adaptarse no solo a los tejidos, sino también a los tipos específicos de células dentro de esos tejidos".
Aunque el estudio se centró en ratones, el equipo también espera ampliar su enfoque a los tejidos humanos. "Estamos trabajando para que estas herramientas sean ampliamente aplicables a otros tejidos y procesos biológicos", aventura Sun.
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