¿Podemos identificar cada tipo de célula en el cuerpo?

¿Cuántos tipos de células hay en el cuerpo humano? Los libros de texto dicen un par de cientos. Pero el número real es, sin duda, mucho mayor.

Un dispositivo de microfluidos (en el centro) puede realizar experimentos en células individuales.

Pieza por pieza, está surgiendo un catálogo nuevo y más detallado de tipos de células de laboratorios como el de Aviv Regev en el Broad Institute, en Cambridge, Massachusetts, que están aplicando avances recientes en genómica unicelular para estudiar células individuales a una velocidad y escala antes impensable.

La tecnología aplicada en Broad utiliza sistemas fluídicos para separar células en cintas transportadoras microscópicas y luego las somete a un análisis genético detallado, a razón de miles por día. Los científicos esperan que estas tecnologías encuentren uso en aplicaciones médicas donde las pequeñas diferencias entre las células tienen grandes consecuencias, incluidas las pruebas de detección de drogas basadas en células, la investigación con células madre, el tratamiento del cáncer y los estudios básicos de cómo se desarrollan los tejidos.

Regev dice que ha estado trabajando con los nuevos métodos para clasificar células en retinas de ratón y tumores cerebrales humanos, y está encontrando tipos de células nunca antes vistos. Realmente no sabemos de qué estamos hechos, dice ella.

Otros laboratorios están compitiendo para producir sus propias encuestas y mejorar la tecnología subyacente. Hoy, un equipo dirigido por Stephen Quake de la Universidad de Stanford publicó su propia encuesta de 466 células cerebrales individuales, calificándola como un primer paso hacia un atlas celular integral del cerebro humano.

Estas encuestas solo se han hecho posibles recientemente, dicen los científicos. Hace un par de años, el desafío era obtener datos útiles de células individuales, dice Sten Linnarsson, biólogo unicelular del Instituto Karolinska en Estocolmo, Suecia. En marzo, el grupo de Linnarsson usó las nuevas técnicas para mapear varios miles de células del cerebro de un ratón, identificando 47 tipos, incluidos algunos subtipos nunca antes vistos.

Históricamente, la mejor manera de estudiar una sola célula era mirarla a través de un microscopio. En los hospitales oncológicos, así es como los patólogos deciden si las células son cancerosas o no: las tiñen con tintes, algunos introducidos por primera vez a principios del siglo XX, y consideran su ubicación y apariencia. Los métodos actuales distinguen alrededor de 300 tipos diferentes, dice Richard Conroy, investigador oficial de los Institutos Nacionales de Salud.

Las células individuales se capturan y separan en burbujas de líquido, preparándolas para el análisis.

En cambio, la nueva tecnología funciona catalogando las moléculas de ARN mensajero dentro de una célula. Estos mensajes son el material genético que el núcleo envía para producir proteínas. El método de Linnarsson adjunta un código de barras molecular único a cada molécula de ARN en cada célula. El resultado es un perfil de expresión génica, que equivale a una huella dactilar de una célula que refleja su actividad molecular en lugar de su apariencia.

Anteriormente, las células estaban definidas por uno o dos marcadores, dice Linnarsson. Ahora podemos decir cuál es el complemento completo de genes expresados ​​en esas células.

Aunque los investigadores determinaron cómo secuenciar con precisión el ARN de una sola célula hace unos años, solo recientemente las innovaciones inteligentes en química y microfluidos han llevado a una explosión de datos. Una empresa de California, Cellular Research, demostró este año que podía clasificar las células en micropocillos y luego medir el ARN de 3000 células separadas a la vez, al costo de unos pocos centavos por célula.

Los científicos creen que los nuevos métodos unicelulares podrían anular los hallazgos de investigaciones anteriores. Esto se debe a que los estudios previos de expresión génica se basaron en muestras de tejido o muestras de sangre que contenían miles, incluso millones, de células. Estudiar tales mezclas combinadas significaba que los investigadores estaban viendo promedios, dice Eric Lander, director del Instituto Broad.

La genómica unicelular ha alcanzado la mayoría de edad de una manera increíble en los últimos 18 meses, dijo Lander a una audiencia en los Institutos Nacionales de Salud este año. Y una vez que te das cuenta de que estamos en el punto de hacer células individuales, ¿cómo podrías aguantar un batido de frutas? Es una locura estar haciendo genómica en batidos.

Lander, uno de los líderes del Proyecto Genoma Humano, dice que puede ser hora de convertir proyectos piloto como los que Regev está liderando en un esfuerzo más amplio para crear un atlas definitivo, uno que catalogue todos los tipos de células humanas por actividad genética y los rastree desde el embrión hasta la edad adulta.

Es un poco prematuro declarar un proyecto nacional o internacional hasta que haya más pruebas piloto, pero creo que es una idea que está muy en el aire, dijo Lander en una entrevista telefónica. Creo que [en dos años] estaremos en una posición en la que sería una locura no tener esta información. Si tuviéramos una tabla periódica de las celdas, podríamos averiguar, por así decirlo, la composición atómica de cualquier muestra dada.

Los perfiles genéticos podrían eventualmente combinarse con otros esfuerzos para estudiar células individuales. Paul Allen, cofundador de Microsoft, dijo en diciembre pasado que gastaría 100 millones de dólares para crear un nuevo instituto científico, el Instituto Allen para la Ciencia Celular. Estudiará las células madre y filmará su comportamiento bajo microscopios a medida que se desarrollan en varios tipos de células, con el objetivo final de crear un modelo animado masivo. Rick Horwitz, quien lidera ese esfuerzo, dice que servirá como una especie de Google Earth para explorar el ciclo de vida de una célula.

La recompensa final de recopilar todos estos datos, dice Garry Nolan, inmunólogo de la Universidad de Stanford, no será solo un catálogo de tipos de células, sino una comprensión más profunda de cómo las células funcionan juntas. El enfoque de una sola célula es una estación de paso que debe entenderse en el camino hacia la comprensión del sistema mayor, dice. En 50 años, probablemente estaremos midiendo dinámicamente cada molécula en la célula.

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