Próximo reto: Mapear los billones de células de nuestro cuerpo
Se calcula que el cuerpo humano está compuesto por entre treinta y cien billones de células. Una nueva iniciativa de la megaciencia catalogará y representará todos y cada uno de los más de doscientos tipos de células de los ochenta órganos conocidos, e identificará los genes que están activos en esas células.
Este nuevo esfuerzo sigue la senda marcada por el Proyecto Genoma Humano, sobre el que se centró la biología durante la década de 1990 y principios de los 2000. Ahora los científicos han ideado un nuevo y emocionante desafío: crear un mapa celular de todo el cuerpo humano, un proyecto denominado Human BioMolecular Atlas Program (HuBMAP). La Universidad de Florida es uno de los cincos centros de mapeo de tejidos que participan. Aquí nos encargamos de mapear el timo, el ganglio linfático y el bazo, todos ellos componentes clave del sistema inmunitario.
Llevo estudiando la diabetes tipo 1 —o diabetes juvenil— durante casi 35 años y, junto con mis otros colegas del UF Diabetes Institute, he intentado encontrar una forma de prevenir y curar esa enfermedad. Esto ha sido un desafío hasta hace poco, ya que no conocíamos la causa de la diabetes tipo 1.
Como centro de mapeo de tejidos, nuestro objetivo es identificar todos los tipos de células, qué proteínas producen y qué genes se activan, así como construir un modelo tridimensional virtual de cada órgano. Este mapa servirá de referencia para la investigación de muchas enfermedades, incluida la diabetes tipo 1.
Por qué es importante entender las causas de la diabetes tipo 1
Sabemos que la diabetes tipo 1 es una de las denominadas enfermedades autoinmunes. Se cree que en ella las células inmunitarias conocidas como linfocitos T destruyen las células beta pancreáticas responsables de producir insulina, que regula el nivel de azúcar en sangre.
Hace poco más de una década, frustrado por la incapacidad de prevenir y curar esta enfermedad, puse en marcha una iniciativa para conseguir páncreas humanos tanto de donantes de órganos con diabetes tipo 1 como de donantes sin la enfermedad. El último grupo se utilizó para ofrecer una visión detallada de un páncreas sano «normal». Hasta la fecha, hemos conseguido páncreas de más de quinientas personas y hemos distribuido esos tejidos entre unos 230 proyectos de 21 países de todo el mundo. Los resultados de este esfuerzo han llevado a nuevos descubrimientos que han reescrito nuestro conocimiento sobre el desarrollo de esta enfermedad.
Los pacientes diagnosticados con diabetes tipo 1, unos 25.000 al año solo en Estados Unidos (1.100 en España), se enfrentan a tener que depender de por vida de inyecciones diarias de insulina para sobrevivir, y presentan un alto riesgo de desarrollar complicaciones médicas a largo plazo, entre las que se incluyen ceguera, enfermedades renales, pies entumecidos, amputación de extremidades y enfermedades cardiovasculares. En la actualidad, se estima que en Estados Unidos viven con esta enfermedad cerca de 1,25 millones de personas.
Aunque estas complicaciones son preocupantes para las personas que sufren la enfermedad, quizás son aún más desalentadores los muchos factores relacionados con el estilo de vida diaria que se deben controlar o tener en cuenta para mantener la enfermedad a raya: controlar los carbohidratos, hacer ejercicio, analizar los niveles de azúcar en sangre y administrar insulina para evitar tanto niveles altos como niveles bajos de glucosa en sangre. Estos son solo algunos de los retos diarios asociados a la enfermedad.
Por estas razones, el objetivo de nuestros esfuerzos colectivos de investigación en el UF Diabetes Institute siempre ha sido comprender cuáles son las causas de esta enfermedad. Saberlo nos permitiría predecir quién está en riesgo, identificar maneras de prevenir la progresión de la enfermedad y desarrollar un tratamiento efectivo.
Por qué estudiamos estos órganos
La diabetes tipo 1 es una de las más de ochenta enfermedades autoinmunes conocidas que, por razones que se desconocen, provocan que el sistema inmunitario se vuelva contra sí mismo. Además de la autoinmunidad, las respuestas inmunitarias también son un componente clave para la salud en cuanto a la lucha contra el cáncer y las enfermedades infecciosas. A partir de nuestra experiencia estudiando el páncreas y la diabetes tipo 1, vemos grandes avances en la comprensión del papel de la inmunidad en cada uno de esos escenarios mediante el mapeo, lo que permitirá profundizar en el funcionamiento del sistema inmunitario.
En una persona sana, las células T solo se activan cuando responden a una infección o a células cancerosas, pero en las personas predispuestas a enfermedades autoinmunes, las «autoproteínas» pueden activar por error algunas células T, lo que provoca que destruyan tejido sano.
En otras circunstancias, como el cáncer o las enfermedades infecciosas, el sistema inmunitario no proporciona una respuesta lo suficientemente sólida como para ser eficaz, o las células del sistema inmunitario proliferan de forma incontrolable, lo que provoca cánceres de sangre y cánceres linfáticos, como linfomas y leucemias.
Por eso el timo, el bazo y el ganglio linfático son los tejidos de interés para quienes estudian el sistema inmunitario de seres humanos sanos.
Los investigadores tenemos que comprender el punto de referencia sano de todos estos órganos para poder identificar cuándo comienzan a fallar y cambiar, lo que da lugar a enfermedades autoinmunes e infecciosas y al cáncer. Dicho de otra manera, primero debemos entender la composición del sistema linfático en condiciones normales a lo largo de toda una vida humana.
Por qué es importante definir lo normal
Es común preguntarse de dónde obtenemos exactamente esas células normales. Tal y como hemos hecho durante los últimos once años, obtenemos tejidos humanos de la misma calidad que los utilizados en trasplantes, pertenecientes a donantes de órganos fallecidos, a través de organizaciones de búsqueda de órganos, después de que un familiar o representante legal dé su consentimiento informado.
Donados en un momento de duelo, estos valiosos regalos anatómicos, como el bazo, el timo y los ganglios linfáticos, que ya no son útiles para salvar vidas mediante un trasplante, proporcionan un recurso inigualable para la investigación y el descubrimiento científicos.
En estos estudios iniciales solo se incluirán tejidos considerados «normales», es decir, que no estén afectados por patologías conocidas y observables. Recolectaremos tejidos de un rango de donantes que va desde niños a adultos de hasta los setenta años. Esperamos que esto nos ayude a entender cómo la edad altera los tipos y la salud de todas las células de cada órgano.
En el UF Diabetes Institute colaborará con el programa HuBMAP un equipo multidisciplinario que incluye, entre muchos otros, biólogos celulares y moleculares, hematopatólogos que estudian muestras linfáticas clínicas, ingenieros biomédicos e inmunólogos. De hecho, el centro de mapeo de tejidos UF colaborará ampliamente con una red global de expertos en microscopía avanzada y en recopilación de datos.
Estamos estableciendo un canal de imágenes para detectar, a partir de secciones de tejido, docenas de proteínas y moléculas de ARN características de los nervios, los vasos sanguíneos, el tejido de soporte conocido como estroma y las células inmunitarias, utilizando ocho formas diferentes de microscopía. Durante los dos primeros años de HuBMAP, tenemos pensado mapear el bazo, el timo y el ganglio linfático de once donantes de órganos.
Esperamos que los datos resultantes revelen nuevos tipos de células, estructuras moleculares y celulares, interacciones entre células y sus implicaciones funcionales en la anatomía y fisiología humanas. De ahí que se espere que el Human BioMolecular Atlas Program de alta resolución y tridimensional facilite el descubrimiento.
Según me acerco al final de mi cincuentena, el número de colegas, amigos y familiares afectados por la enfermedad aumenta cada año. También hace poco que fui abuelo. Me gustaría pensar que lo que proponemos tendrá un enorme impacto en la salud humana tanto para las generaciones actuales como para las futuras; sería un gran legado.
Artículo traducido gracias a la colaboración con Fundación Lilly.
Mark Atkinson, Professor of Medicine , University of Florida
Este artículo fue publicado originalmente en The Conversation. Lea el original.