Un mapa cerebral innovador podría transformar el tratamiento del Parkinson

Científicos de Duke-NUS Medical School y otras instituciones asociadas desarrollaron uno de los mapas celulares más completos del cerebro humano en desarrollo. Este atlas identificó casi todos los tipos de células, registró sus firmas genéticas y mostró cómo estas células crecen e interactúan. Además, comparó los métodos de laboratorio más avanzados para producir neuronas de alta calidad, lo que avanza en los esfuerzos por desarrollar nuevas terapias para la enfermedad de Parkinson y otros trastornos cerebrales.

La enfermedad de Parkinson es la segunda condición neurodegenerativa más común en Singapur, afectando a aproximadamente tres de cada 1,000 personas mayores de 50 años. Este trastorno daña las neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo, que liberan dopamina para regular el movimiento y el aprendizaje. Restaurar estas neuronas podría aliviar eventualmente síntomas como temblores y dificultades de movilidad.

Para aclarar cómo se forman las neuronas dopaminérgicas en entornos de laboratorio, el equipo creó un enfoque de mapeo en dos etapas llamado BrainSTEM (Brain Single-cell Two tiEr Mapping). En colaboración con socios, incluyendo la Universidad de Sídney, se perfiló casi 680,000 células del cerebro fetal para trazar el paisaje celular completo.

Una segunda proyección de mayor resolución se centró en el mesencéfalo con mayor precisión y localizó las neuronas dopaminérgicas. Este "mapa de referencia integral" ahora sirve como un estándar global para evaluar cuán precisamente los modelos del mesencéfalo coinciden con la biología humana real.

La Dr. Hilary Toh, candidata a MD-PhD del programa de Neurociencia y Trastornos del Comportamiento en Duke-NUS y una de las primeras autoras del artículo, comentó: "Nuestro plano basado en datos ayuda a los científicos a producir neuronas dopaminérgicas del mesencéfalo de alto rendimiento que reflejan fielmente la biología humana. Injertos de esta calidad son fundamentales para aumentar la eficacia de la terapia celular y minimizar los efectos secundarios, allanando el camino para ofrecer terapias alternativas a las personas que viven con la enfermedad de Parkinson."

Publicado en Science Advances, el estudio reportó que varios métodos utilizados para cultivar células del mesencéfalo también generaron células no deseadas originadas de otras regiones del cerebro. Estos hallazgos indican que tanto los protocolos experimentales como las tuberías de análisis de datos necesitan ser refinados para detectar y eliminar tales poblaciones fuera de objetivo.

El Dr. John Ouyang, científico principal del Centro de Biología Computacional de Duke-NUS y autor senior del estudio, afirmó: "Al mapear el cerebro a resolución de una sola célula, BrainSTEM nos brinda la precisión para distinguir incluso poblaciones celulares sutiles fuera de objetivo. Este rico detalle celular proporciona una base crítica para modelos impulsados por IA que transformarán cómo agrupamos a los pacientes y diseñamos terapias dirigidas para enfermedades neurodegenerativas."

El Profesor Alfred Sun, asistente de profesor en el programa de Neurociencia y Trastornos del Comportamiento de Duke-NUS, quien también es autor senior del artículo, agregó: "BrainSTEM marca un avance significativo en la modelización cerebral. Al ofrecer un enfoque riguroso y basado en datos, acelerará el desarrollo de terapias celulares confiables para la enfermedad de Parkinson. Estamos estableciendo un nuevo estándar para asegurar que la próxima generación de modelos de Parkinson refleje verdaderamente la biología humana."

Los investigadores publicarán sus atlas cerebrales como referencias de código abierto y proporcionarán el enfoque de mapeo de múltiples niveles como un paquete listo para usar. Dado que BrainSTEM puede aplicarse para aislar cualquier tipo de célula en el cerebro, laboratorios de todo el mundo podrán utilizarlo para profundizar en la comprensión, optimizar flujos de trabajo y acelerar el descubrimiento en neurociencia.

El Profesor Patrick Tan, decano senior de investigación en Duke-NUS, expresó: "Este estudio redefine el estándar, estableciendo el mapeo de múltiples niveles como esencial para capturar detalles celulares en sistemas biológicos complejos. Al revelar cómo se desarrolla el mesencéfalo humano con tal detalle, aceleraremos la investigación sobre Parkinson y la terapia celular, brindando una mejor atención y ofreciendo esperanza a las personas que viven con la enfermedad."

Este trabajo recibió apoyo de programas como el USyd-NUS Ignition Grant y el Duke-NUS Parkinson's Research Fund a través de una generosa donación de la Ida C. Morris Falk Foundation.

Duke-NUS sigue siendo un líder en investigación médica y educación, comprometido con mejorar la atención al paciente a través de la innovación científica. El estudio avanza en los esfuerzos en curso para comprender los mecanismos cerebrales fundamentales y desarrollar nuevas estrategias terapéuticas para condiciones neurológicas.