La IA ayuda a crear un nuevo mapa celular del pulmón

Combinando datos de casi 40 estudios, un equipo científico ha logrado crear el atlas unicelular de todo el pulmón humano, que revela tipos de células poco frecuentes y servirá para avanzar en la comprensión de las enfermedades pulmonares.

Se trata, según sus responsables, del mayor y más completo mapa celular de este órgano y será un valioso recurso para los investigadores de pulmón y para identificar nuevas dianas terapéuticas. Los detalles de esta colección, para la que se ha usado aprendizaje automático, se publican en la revista Nature Medicine.

Detrás del «Atlas de Células Pulmonares Humanas», que muestra las diferencias claves entre salud y enfermedad, están -entre otros- investigadores del Instituto Wellcome Trust Sanger del Reino Unido, del Instituto de Biología Computacional Helmholtz de Alemania y del Centro Médico Universitario de Groninga.

La investigación pulmonar se ha beneficiado enormemente de los recientes estudios unicelulares que muestran qué genes están activos en cada célula. A pesar de ello, esta se ha visto limitada por el número de muestras e individuos incluidos por estudio.

Para comprender mejor los pulmones sanos y determinar qué falla en la enfermedad, se ha necesitado un atlas exhaustivo y con gran diversidad celular, pero ha sido difícil conseguirlo, señala un comunicado del Wellcome Trust Sanger.

Los investigadores han logrado ahora combinar 49 conjuntos de datos pulmonares procedentes de casi 40 estudios distintos, en un único atlas integrado, utilizando aprendizaje automático avanzado.

Este atlas, que agrupa e integra datos de los principales estudios de secuenciación de ARN unicelular de pulmón, abarca más de 2,4 millones de células de 486 individuos y ofrece nuevas perspectivas sobre la biología pulmonar que antes no eran posibles.

Según Malte Luecken, autor principal del artículo, «un atlas completo de órganos requiere muchos conjuntos de datos para captar la diversidad entre células e individuos, pero combinar diferentes conjuntos de datos es un reto enorme».

Fabian Theis, también autor, agrega que este atlas incluye datos de más de cien personas sanas y revela cómo varían las células de los individuos con la edad, el sexo y el historial de tabaquismo.

«El gran número de células e individuos implicados permite ahora ver tipos celulares poco comunes e identificar nuevos estados celulares no descritos anteriormente».

Aunque el núcleo del atlas está formado por datos de pulmones sanos, también se tomaron conjuntos de datos de más de diez enfermedades pulmonares, que se proyectaron sobre los datos de los pulmones sanos para comprender estados de la enfermedad.

El equipo descubrió que diferentes enfermedades pulmonares compartían estados celulares inmunitarios comunes, incluido el hallazgo de que un subconjunto de macrófagos (un tipo de célula inmunitaria) compartía una actividad génica similar en la fibrosis pulmonar, el cáncer y el Covid-19.

Los estados compartidos indican que estas células podrían desempeñar un papel similar en la formación de cicatrices en el pulmón en las tres enfermedades y proporcionan indicadores de posibles dianas terapéuticas.

A juicio de Martijn Nawijn, del hospital de Groninga (Países Bajos), este hallazgo de células compartidas es «realmente emocionante» y revela una forma totalmente diferente de ver las enfermedades pulmonares, abriendo posibilidades para nuevos objetivos de tratamiento y el desarrollo de biomarcadores de respuesta al tratamiento.

«Nuestros hallazgos también sugieren que las terapias que funcionan para una enfermedad pueden ayudar a aliviar otras», afirma.

Una de las dificultades ha sido la de unificar los nombres de las células. El atlas es un primer paso hacia una anotación consensuada del pulmón humano, que ayudará a unificar la investigación en este campo, concluye Lisa Sikkema.

El mapa, abierto a la comunidad investigadora, forma parte de la iniciativa mundial Human Cell Atlas, que pretende cartografiar todos los tipos celulares del cuerpo humano y que fue impulsada por investigadores del Wellcome Sanger y del Instituto Broad (EEUU).