Mais de 3.000 tipos de células cerebrais revelam nossos segredos

Você tem mais de 3.000 tipos diferentes de células cerebrais e mais insights dos maiores atlas de células cerebrais humanas criados até hoje.

Os cientistas acabam de revelar um enorme esforço para compreender os nossos cérebros e os cérebros dos nossos parentes primatas mais próximos.

Em uma suíte 21 folhas Publicado em 12 de outubro em revistas Ciência (12), Avanço da ciência (8)E Medicina Translacional Científica (1), um grande consórcio de investigadores está a partilhar novos conhecimentos sobre as células que constituem os nossos cérebros e os cérebros de outros primatas. É um grande salto em relação ao trabalho publicado anteriormente, com estudos e dados revelando novos insights sobre a composição celular do nosso sistema nervoso em muitas regiões do cérebro e o que há de especial no cérebro humano.

O consórcio de investigação representa um esforço concertado para compreender o cérebro humano e a sua natureza funcional modular. Coletado e financiado por Instituto Nacional de Saúdede Pesquisa do cérebro através do desenvolvimento de neurotecnologias inovadoras® (BRAIN) Iniciativa. Centenas de cientistas de todo o mundo trabalharam juntos para concluir um conjunto de estudos que exploram a estrutura celular do cérebro humano e de outros primatas, e para mostrar como um novo conjunto transformador de tecnologias escalonáveis ​​pode ser usado para estudar a organização detalhada de O cérebro humano. O cérebro humano com uma precisão sem precedentes.

Compreender nosso cérebro no nível celular é a chave para entender como nosso cérebro funciona e quem somos como ser ClassificarAlém de identificar com precisão as raízes celulares das doenças e distúrbios cerebrais, conhecimento que poderá levar a melhores tratamentos para essas doenças.

Cientistas do Allen Institute for Brain Science, uma divisão do Allen Institute, lideraram cinco desses estudos e fizeram contribuições importantes para outros três, incluindo um Estádio O que expande muito o conhecimento existente sobre o número de tipos de células no cérebro humano adulto. Cientistas do Karolinska Institutet e do Allen Institute estudaram os genes que são ativados em células cerebrais individuais, uma técnica conhecida como transcriptômica unicelular, revelando uma incrível diversidade de tipos de células: temos mais de 3.000 tipos diferentes de células cerebrais.

O investigador sênior Ed Lin e o cientista sênior Minhwan Kim observam tecido cerebral vivo em uma plataforma multipatch enquanto estão no Laboratório de Eletrofisiologia do Instituto Allen. Crédito: Eric Dennel/Instituto Allen

“Vejo isso como um momento crucial na neurociência, já que as novas tecnologias agora nos permitem compreender a organização celular muito detalhada do cérebro humano e dos cérebros de outros primatas”, disse Ed Lin, Ph.D., cientista pesquisador sênior da Allen. Universidade. Brain Sciences Institute, que liderou vários dos estudos recentemente publicados. “Este trabalho é essencialmente um triunfo para a biologia molecular: o uso diferencial de genes pode ser usado para definir tipos de células, e ferramentas genômicas podem ser usadas para criar os primeiros rascunhos de mapas anotados de alta resolução das células que compõem todo o cérebro humano. .”

Os estudos também abordam uma série de questões importantes, tais como: Quão diferentes são os cérebros das pessoas a nível celular? Quão diferentes são os nossos cérebros dos nossos parentes macacos mais próximos? Quantos tipos de células cerebrais temos? Quais são as características dessas células? Como essas células aparecem e amadurecem em desenvolvimento?

Com base em trabalhos anteriores para mapear tipos de células cerebrais em alta resolução em uma única imagem Regiões Para o córtex humano, a camada externa do cérebro, o pacote recentemente publicado expande esses estudos para incluir dezenas a cem regiões em todo o cérebro. Estudos de uma única região encontraram mais de 100 tipos diferentes de células cerebrais, e dados recentemente divulgados mostram milhares de tipos diferentes de células cerebrais em todo o cérebro. Para muitas partes do cérebro, tal complexidade e diversidade nunca foram descritas antes.

Esses estudos fazem parte da BRAIN Cell Census Network do National Institutes of Health, ou BICCN, um programa de financiamento de cinco anos lançado em 2017 para criar um catálogo de tipos de células cerebrais. Este trabalho demonstrou a escalabilidade de abordagens celulares e moleculares de ponta para enfrentar os desafios do tamanho e da complexidade do cérebro humano e abriu o caminho para a próxima fase dos esforços de contagem de células. Esta próxima etapa, Parte disso está sendo trabalhado No Allen Institute, ele construirá atlas muito mais abrangentes de cérebros humanos e de outros primatas por meio da Cell Atlas Network da BRAIN Initiative, ou BICAN.

“O atual conjunto de estudos representa uma conquista marcante que continua a construir uma ponte importante para iluminar a complexidade do cérebro humano no nível celular”, disse o Dr. John Ngai, diretor da NIH BRAIN Initiative. “As colaborações científicas formadas através do BICCN, e que continuam na próxima fase do BICAN, estão a fazer avançar o campo a um ritmo tremendo; o progresso – e o potencial – tem sido simplesmente incrível.”

Estudos em humanos usaram tecido post-mortem de pessoas que doaram seus cérebros para a ciência, bem como tecido vivo saudável doado de pacientes que foram submetidos a cirurgia cerebral e doaram tecido para pesquisa.

Os dados de estudos recentemente divulgados também serão retroalimentados Atlas de células humanasÉ um esforço internacional que visa construir um atlas de referência abrangente de células em todos os órgãos, tecidos e sistemas do corpo humano.

Os cinco estudos conduzidos pelo Allen Institute incluem:

• Explore o Variação nos tipos de células cerebrais entre indivíduos. Neste estudo, os cientistas analisaram as células cerebrais pelos níveis de genes que ativam em uma área do córtex, o giro temporal médio, em 75 doadores adultos diferentes. Este foi um dos primeiros estudos do cérebro humano a comparar um grande número de indivíduos usando técnicas unicelulares. Os investigadores descobriram que, embora todos tenhamos a mesma lista de partes celulares básicas, as proporções de certos tipos de células e os genes que operam nessas células variam muito de pessoa para pessoa.
• a Comparando tipos de células cerebrais entre humanos e nossos parentes mais próximos, chimpanzés e gorilas. Estes estudos revelam que partilhamos a mesma arquitectura básica de tipo de células cerebrais com os nossos primos evolutivos, mas há alterações nos genes utilizados por esses tipos de células conservadas. Especificamente, muitos genes envolvidos nas conexões entre neurônios e na formação de circuitos no cérebro diferem entre humanos e outros primatas. “Isso cria uma explicação plausível de como a capacidade cognitiva aumenta ao longo da evolução, conectando circuitos dos mesmos tipos de células ou alterando os ganhos no sistema de maneiras ligeiramente diferentes”, disse Lin.
• Mergulho profundo Compare as células que se formam em diferentes regiões do córtex cerebral humano, sede de muitas de nossas funções cognitivas superiores. Esse estudo analisou uma variedade de tipos de células em diferentes áreas do córtex e descobriu que o nosso córtex visual, onde processamos o que vemos, é mais especializado e distinto do que outras áreas, e mais especializado do que o córtex visual do rato. Esta descoberta está provavelmente relacionada com o facto de os humanos e outros primatas confiarem mais no nosso sentido da visão do que muitos outros mamíferos.
• Dois estudos Análise das propriedades dos neurônios inibitórios A partir do neocórtex humano, explorando suas propriedades elétricas e formas 3D complexas, bem como os genes que as alimentam, uma abordagem que requer o uso de tecido vivo obtido em procedimentos neurocirúrgicos para tratar epilepsia intratável ou tumores cerebrais. Esses estudos fornecem informações básicas sobre as propriedades dos neurônios humanos, incluindo vários tipos encontrados em humanos e em alguns outros mamíferos, mas não em camundongos, incluindo células nomeadas descritivamente. Células de Rosa Mosqueta E células de pacote duplo.

Referência: “Pesquisa sobre o cérebro humano” por Mattia Marusso, 12 de outubro de 2023, Ciências.
doi: 10.1126/science.adl0913

A pesquisa relatada aqui foi apoiada pelos Institutos Nacionais de Pesquisa do Cérebro em Saúde por meio da Iniciativa de Neurotecnologias Inovadoras (BRAIN). O conteúdo é de responsabilidade exclusiva dos autores e não representa necessariamente a opinião oficial dos Institutos Nacionais de Saúde.