Más de 3.600 científicos construyen un manual de todas las células humanas: “Un Google Maps de la biología”

En películas de ciencia ficción hemos visto como alguien se introduce en una máquina que escanea sus células para detectar su enfermedad y curarla. El médico robot es una distopía, pero la ciencia sí que aspira a una tecnología que pudiera ayudar a los profesionales de carne y hueso a diagnosticar cualquier dolencia de forma temprana y certera, y a dictar un tratamiento personalizado y de precisión. Aunque esa sea una meta muy lejana, desde hoy está más cerca: una batería de más de 40 estudios publicados este miércoles avanza hacia la construcción de un atlas en 3D de todas las células humanas, un detallado y completo manual digital de instrucciones del organismo.

Como ocurre con todo gran proyecto científico, el anuncio en 2016 del Atlas de las Células Humanas (HCA, por sus siglas en inglés) no fue la noticia más comentada del día. Por entonces arrancó como una ambiciosa iniciativa, pero de dimensiones aún modestas, lanzada en una presentación en Londres por un centenar de científicos liderados por dos biólogas, Aviv Regev —hoy en la compañía Genentech— y Sarah Teichmann —hoy en el Cambridge Stem Cell Institute—. A lo largo de los años, el HCA ha crecido hasta superar los 3.600 miembros de un centenar de países, con la financiación de más de un centenar de instituciones de todo el mundo. Hoy es uno de los grandes consorcios globales de lo que se conoce como Big Science, y es mayor de lo que en su día fue el Proyecto Genoma Humano.

El HCA se organiza en 18 redes, cada una dedicada a un órgano, tejido o sistema. Los científicos han caracterizado ya más de 100 millones de células de unos 10.000 individuos, poniendo especial cuidado en que toda la amplia diversidad humana esté representada. Aplicando técnicas genómicas de precisión a cada célula individual, junto con potentes herramientas bioinformáticas y de inteligencia artificial (IA), indagan en cuáles de los 20.000 genes del genoma humano están activos en cada tipo de célula, lo que configura algo así como el DNI de cada perfil celular; qué proteínas producen y cómo actúan, la comunicación entre células y su arquitectura en los tejidos, todo ello en mapas espaciales navegables al detalle. En palabras de Teichmann, será “una especie de Google Maps de la biología celular”.

Hasta ahora el HCA ha aportado más de 440 estudios, y el portal de datos ya ofrece atlas del sistema nervioso, el pulmón y el ojo, que se irán superponiendo a otros para formar un “mapa completo de referencia del cuerpo humano sano”, resume Teichmann. El atlas no solo cubre el organismo adulto, sino también el desarrollo de los órganos y tejidos desde las etapas embrionaria y pediátrica, que a menudo son el origen de dolencias a lo largo de la vida.

Causas de la enfermedad y nuevos fármacos

Los más de 40 estudios publicados hoy en varias revistas del grupo Nature suponen “un momento crucial para la comunidad HCA”, valora Regev; un gran empujón conjunto al proyecto que cubre múltiples frentes, desde el desarrollo de la placenta, el esqueleto y el sistema nervioso, hasta el impacto de las variaciones genéticas en las enfermedades de las células, pasando por los efectos de la COVID-19 sobre los pulmones o la función y las alteraciones del aparato digestivo, entre otros campos.

Todos estos resultados se integrarán en el primer borrador del HCA, que se publicará en 2025-26, estará disponible en internet con acceso abierto, y seguirá creciendo para incluir un volumen de miles de millones de células en todos y cada uno de los órganos y tejidos del cuerpo humano, compuesto por un total de unos 37 billones de células.

Según Regev, “el principal futuro —y el beneficio actual— es el avance en el descubrimiento de las causas de la enfermedad y el desarrollo de medicamentos. Los científicos ya usan el atlas cada día con estos fines”. Así, explica la cofundadora del HCA, los investigadores comparan las células de tejidos enfermos, como biopsias de tumores o de pacientes con autoinmunidad, con las células sanas de referencia, y las diferencias en su composición y en los genes expresados son pistas hacia el origen de la enfermedad y sus posibles tratamientos. “En Genentech tenemos un ensayo clínico sobre enfermedad inflamatoria intestinal que hemos emprendido en parte gracias al análisis de datos a gran escala del atlas”, destaca la científica.

El ensayo que cita Regev se relaciona con uno de los estudios publicados hoy, que identifica un tipo de célula implicada en las enfermedades inflamatorias del intestino como la colitis ulcerosa o la enfermedad de Crohn. El estudio, codirigido por Teichmann y publicado en Nature, es una colaboración que incluye a un grupo de científicas del Institut d’Investigacions Biomèdiques August Pi i Sunyer (IDIBAPS) —con sede en el Hospital Clínic de Barcelona— y del Centro de Investigación Biomédica en Red de Enfermedades Hepáticas y Digestivas (CIBEREHD).

Los investigadores han recopilado secuencias ya existentes de ARN —el producto de los genes que sirve para crear las proteínas— de células individuales, junto con nuevas muestras, reuniendo un total de 1,1 millones de células sanas de 137 tipos distintos a lo largo de todo el tubo digestivo, tanto adulto como en desarrollo. El atlas digestivo se completa con otro medio millón de células enfermas de dolencias como cáncer de estómago o colorrectal, celiaquía, colitis ulcerosa y enfermedad de Crohn.

Células erróneas en la inflamación intestinal

Comparando los perfiles transcripcionales —los ARN presentes en las células—, los científicos han observado en el intestino grueso de los pacientes ciertas células similares a las del estómago o el intestino delgado. “La presencia de células que corresponden a otro tejido es común en el contexto de la inflamación crónica”, señala la directora del grupo español, Azucena Salas. La científica explica que esto se había asignado a la curación de heridas en la pared del intestino, pero hay un nuevo hallazgo: estas células erróneas, que se generan a partir de células madre durante la reparación, promueven la propia inflamación. “No son puras espectadoras, sino que participan activamente en el daño intestinal”, dice Salas.

Según la codirectora del estudio Rasa Elmentaite, de la compañía Ensocell Therapeutics, el procesamiento de los hallazgos del atlas digestivo en plataformas de IA ayudará a diseñar una nueva generación de terapias. “A pesar del papel crítico de las células epiteliales en la progresión de la enfermedad inflamatoria intestinal, los tratamientos disponibles no actúan eficazmente sobre ellas”.

En estas nuevas terapias tendrán un papel central los organoides, versiones en miniatura de órganos y tejidos que ya se emplean en los laboratorios para profundizar en el conocimiento de sus funciones y enfermedades, y para testar nuevos fármacos. “Para saber que el organoide representa correctamente al órgano, necesitamos comparar sus células con un atlas de referencia del órgano, y eso nos lo da el HCA”, apunta Regev. En el horizonte está la esperada promesa de la medicina regenerativa: “Entender el desarrollo celular normal ayuda a la ingeniería biomédica a crear células que puedan introducirse en el cuerpo como terapia”.