Investigadores de la Icahn School of Medicine at Mount Sinai han descubierto cómo la senescencia celular – un proceso biológico en el que las células envejecidas cambian su función – está relacionada con la estructura del cerebro humano tanto durante el desarrollo como en la edad adulta. El estudio demuestra cómo las características moleculares de la senescencia celular se corresponden con el volumen cerebral y la organización cortical a lo largo de la vida.
Descifrando la estructura cerebral y la senescencia celular
Comprender la estructura del cerebro humano siempre ha sido un desafío clave en la neurociencia. Si bien se sabe que la estructura cerebral cambia con el tiempo y está relacionada tanto con el envejecimiento como con las enfermedades neurodegenerativas, los procesos moleculares que impulsan estos cambios – incluida la senescencia celular – han sido poco comprendidos.
La senescencia celular se conoce como un estado en el que las células dejan de dividirse permanentemente, pero no mueren, sino que adoptan funciones alteradas. Aunque la senescencia se ha relacionado con el envejecimiento y la enfermedad, su papel en la configuración de la estructura cerebral humano – tanto durante el desarrollo temprano como en la vida posterior – tampoco se comprende del todo.
“Este es el primer estudio que vincula directamente las redes moleculares relacionadas con la senescencia en tejido cerebral humano vivo con diferencias medibles en la estructura cerebral dentro de los mismos individuos”, afirmó el Dr. Noam Beckmann, director de ciencias de datos y profesor asistente de inteligencia artificial y salud humana en la Icahn School of Medicine at Mount Sinai, y coautor principal del estudio. “Al identificar las vías moleculares que participan tanto en el desarrollo de la estructura cerebral como en el envejecimiento, nuestro trabajo destaca la senescencia como una característica biológica fundamental del envejecimiento cerebral y las enfermedades neurodegenerativas, y ayuda a priorizar los objetivos para futuras investigaciones experimentales destinadas a proteger la salud cerebral.”
Un nuevo recurso: el Living Brain Project
Un recurso clave para este estudio fue el Living Brain Project, que combina biopsias de la corteza prefrontal obtenidas durante procedimientos de estimulación cerebral profunda con datos de imagen cerebral. Este enfoque permitió a los investigadores estudiar las características moleculares y estructurales en individuos vivos. El equipo desarrolló un método para identificar células senescentes en tejido cerebral humano y exploró cómo la expresión génica relacionada con la senescencia se correlaciona con la estructura cerebral.
“Al aprovechar los conjuntos de datos del Living Brain Project, podemos comenzar a comprender cómo la biología relacionada con la senescencia puede influir de manera diferente en la organización cerebral en diferentes tipos de células y a lo largo de la vida”, dijo la Dra. Alexander W Charney, MD, directora del Charles Bronfman Institute for Personalized Medicine y coautora principal del estudio.
El tipo de célula y la etapa de la vida importan
Uno de los principales hallazgos del estudio fue que la senescencia celular desempeña distintos papeles según el tipo de célula y la etapa de la vida. Los genes asociados con la senescencia en la microglia – las células inmunitarias primarias del cerebro – se vincularon a mayores volúmenes cerebrales, mientras que los genes relacionados con la senescencia en las neuronas excitatorias se correlacionaron con menores volúmenes cerebrales en el cerebro envejecido. Estos patrones relacionados con las neuronas también se observaron a principios de la vida, lo que sugiere que los procesos relacionados con la senescencia están activos poco después del desarrollo embrionario.
Uno de los principales hallazgos del estudio fue que la senescencia celular desempeña distintos papeles según el tipo de célula y la etapa de la vida.
“Nos entusiasmó ver signos claros de senescencia tanto en el cerebro envejecido como en el que se está desarrollando utilizando nuestro nuevo método”, dijo la Dra. Anina N Lund, exestudiante de posgrado en neurociencia y ahora investigadora postdoctoral en la Icahn School of Medicine y autora principal del estudio. “Nuestros resultados respaldan la senescencia celular cerebral como un ejemplo de ‘pleiotropía antagónica’ – la idea de que algunos genes ayudan a la supervivencia o la fertilidad a principios de la vida, pero causan daño más tarde, contribuyendo al envejecimiento y la enfermedad. La mayoría de los trabajos anteriores vinculan la senescencia celular cerebral solo con el envejecimiento cerebral, pero nuestro hallazgo de que ocurre durante el desarrollo muestra que este proceso no es solo un marcador de envejecimiento o enfermedad; también puede desempeñar un papel clave en el desarrollo temprano del cerebro.”
Implicaciones para futuras investigaciones
“A menudo, los mayores avances en la medicina no se logran mediante la invención de nuevos medios, sino mediante una comprensión única de lo que ya está al alcance”, dijo Brian Kopell, MD, director del Center for Neuromodulation at Mount Sinai y codirector del Living Brain Project. “Este trabajo representa otra culminación de la capacidad del Living Brain Project para aprovechar tipos de datos conocidos en combinaciones únicas para allanar el camino para futuras terapias. Si bien la ‘senescencia’ cerebral o el deterioro se aceptan en gran medida como un proceso normal de envejecimiento, este conjunto de datos representa una oportunidad para desafiar esa noción.”
A menudo, los mayores avances en la medicina no se logran mediante la invención de nuevos medios, sino mediante una comprensión única de lo que ya está al alcance.
Aunque los hallazgos no apuntan a tratamientos inmediatos, proporcionan un marco para comprender cómo evoluciona la estructura cerebral con el tiempo y cómo surgen las diferencias relacionadas con la edad. Los autores reconocen limitaciones, incluida la pequeña cohorte clínicamente específica y el enfoque en la corteza prefrontal, pero enfatizan que la investigación sienta una base importante para futuros estudios.
Los próximos pasos incluirán la expansión a cohortes más grandes y diversas, el refinamiento de las definiciones específicas del tipo de célula de la senescencia y la realización de estudios experimentales para probar si las vías relacionadas con la senescencia afectan causalmente la estructura cerebral. Este trabajo podría aclarar cuándo la senescencia apoya la salud cerebral y cuándo contribuye a la vulnerabilidad en el envejecimiento y las enfermedades neurodegenerativas.
