En los últimos años, la investigación pulmonar se ha beneficiado de estudios recientes de células individuales que muestran qué genes están activos en cada célula. A pesar de ello, la investigación se ha visto limitada hasta el momento por el número de muestras e individuos incluidos por estudio.

Ahora, un amplio equipo de investigadores ha combinado con éxito 49 conjuntos de datos de pulmones, de casi 40 estudios separados, en un solo atlas integrado, utilizando aprendizaje automático avanzado. Al agrupar e integrar conjuntos de datos de todos los principales estudios pulmonares de secuenciación de ARN de una sola célula publicados hasta la fecha, el equipo obtuvo el primer atlas integrado de células pulmonares humanas. Este Atlas abarca más de 2,4 millones de células de 486 individuos y brinda nuevos conocimientos sobre la biología pulmonar que antes no eran posibles.

"Un atlas completo de órganos requiere muchos conjuntos de datos para capturar la diversidad entre células e individuos, pero combinar diferentes conjuntos de datos es un gran desafío. Desarrollamos una tubería de evaluación comparativa para encontrar el método óptimo para integrar todos los conjuntos de datos en el Atlas, utilizando inteligencia artificial y conocimientos y datos combinados de casi 40 estudios pulmonares anteriores. Incluyendo datos de más de cien personas sanas, el atlas muestra diferencias en las células pulmonares de individuos de diferentes edades, sexo e historial de tabaquismo", explicó el Dr. Malte Luecken, autor principal del artículo y líder de grupo en el Instituto de Biología Computacional y el Instituto de Salud Pulmonar e Inmunidad en Helmholtz Munich.

Si bien el estudio, publicado en ´Nature Medicine´, son los datos de pulmones sanos, el equipo también tomó conjuntos de datos de más de 10 enfermedades pulmonares diferentes y los proyectó en los datos sanos para comprender los estados de la enfermedad.

Nuevos hallazgos

Los científicos hallaron que diferentes enfermedades pulmonares compartían estados de células inmunitarias comunes, incluido el hallazgo de que un subconjunto de macrófagos (un tipo de célula inmunitaria) compartía una actividad genética similar en la fibrosis pulmonar, el cáncer y la 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 proporcionar indicadores para posibles objetivos terapéuticos.

"Este es el primer esfuerzo para comparar pulmones sanos y enfermos en un estudio de manera integrada. Nuestro estudio no solo respalda la presencia de fibrosis pulmonar en COVID-19, sino que nos permite identificar y definir un estado celular compartido entre pacientes con fibrosis pulmonar, COVID-19 y cáncer de pulmón. Encontrar estas células asociadas a enfermedades compartidas es realmente emocionante y revela una forma totalmente diferente de ver las enfermedades pulmonares, abriendo posibilidades para nuevos objetivos de tratamiento y desarrollando biomarcadores de respuesta al tratamiento. Nuestros hallazgos también sugieren que las terapias que funcionan para una enfermedad pueden ayudar a aliviar otras", expuso el prof. Martijn Nawijn, autor principal del artículo y profesor del Centro Médico Universitario de Groningen, Países Bajos.

El Atlas de células pulmonares humanas, el primer órgano principal integrado dentro de la iniciativa Human Cell Atlas, está disponible públicamente para investigadores de todo el mundo, como un recurso central para estudiar el pulmón en salud y enfermedad.

Al comienzo de la pandemia de COVID-19 en 2020, las comunidades pulmonares unicelulares se unieron y formaron la Red Biológica HCA Lung para ayudar a comprender el COVID-19, lo que luego condujo al esfuerzo global para integrar todos los datos.