Rejuveneciendo el cerebro con la ayuda de un reloj computacional
Rejuveneciendo el cerebro con la ayuda de un reloj computacional
El estudio, publicado en la revista Advanced Science, constituye un recurso valioso para encontrar compuestos con potencial terapéutico frente a enfermedades neurodegenerativas.
¿Qué pasaría si existiera una forma de hacer que las células cerebrales envejecidas se volvieran más jóvenes? Un equipo internacional de investigación de España y Luxemburgo se propuso abordar esta pregunta. Tras desarrollar un reloj del envejecimiento capaz de evaluar la edad biológica del cerebro, lo utilizaron para identificar posibles intervenciones que pudieran rejuvenecerlo. La herramienta computacional que crearon, presentada recientemente en la revista Advanced Science, representa una fuente prometedora para identificar compuestos con potencial terapéutico frente a enfermedades neurodegenerativas.
A medida que la población mundial envejece rápidamente —con más de dos mil millones de personas proyectadas para tener más de 60 años en 2050—, los trastornos cerebrales relacionados con la edad están en aumento. Vivir más tiempo, pero con mala salud, no solo es un escenario desalentador, sino que también representa una carga significativa para los sistemas de salud a nivel mundial. Por eso, la posibilidad de contrarrestar el deterioro funcional del cerebro mediante intervenciones rejuvenecedoras resulta especialmente prometedora. La cuestión es: ¿cómo podemos identificar compuestos con el potencial de rejuvenecer de manera eficiente las células cerebrales y proteger a la población envejecida de la neurodegeneración? El profesor Antonio Del Sol y sus equipos de biólogos computacionales, con sede tanto en CIC bioGUNE, miembro de BRTA, como en el Centro de Biomedicina de Sistemas de Luxemburgo (LCSB) de la Universidad de Luxemburgo, utilizaron su experiencia en aprendizaje automático para enfrentar este desafío.
Construyendo un reloj para medir la edad biológica del cerebro
El equipo de investigación desarrolló lo que se conoce como un “reloj del envejecimiento”, una herramienta computacional diseñada para medir la edad biológica de las células, en contraste con su edad cronológica. De hecho, los órganos y tejidos de personas de la misma edad pueden envejecer de manera diferente con el tiempo, dependiendo de factores genéticos y ambientales, lo que da lugar a edades biológicas distintas. Estos relojes son, por tanto, herramientas útiles para evaluar el envejecimiento a nivel molecular y comprender sus causas y consecuencias.
El reloj diseñado por los investigadores e investigadoras de CIC bioGUNE y el LCSB es específico para el cerebro y utiliza información de expresión génica de 365 genes para hacer predicciones. Usando un enfoque de aprendizaje automático, fue entrenado con datos de individuos sanos de entre 20 y 97 años, y logró predecir con precisión su edad. Pruebas adicionales demostraron que el reloj puede estimar la edad biológica de distintos tipos celulares del cerebro, especialmente las neuronas. Finalmente, al comparar las edades biológicas predichas entre individuos sanos y pacientes con enfermedades neurológicas, los investigadores observaron que estos últimos presentaban una edad biológica mayor.
“Los resultados nos indican que la edad biológica de las células cerebrales, calculada por nuestro reloj, refleja el deterioro funcional que experimentan los pacientes, especialmente entre los 60 y 70 años, y está incluso correlacionada con el grado de neurodegeneración”, explica el Dr. Guillem Santamaria, primer autor del estudio. “Esto respalda la idea de que la neurodegeneración es una forma de envejecimiento acelerado, pero, más importante aún, la asociación positiva entre neurodegeneración y edad biológica sugiere que las intervenciones rejuvenecedoras identificadas por el reloj podrían funcionar como agentes neuroprotectores.”
Identificando compuestos con potencial rejuvenecedor
El objetivo del equipo de investigación era utilizar el reloj para encontrar intervenciones genéticas o químicas capaces de revertir significativamente la edad biológica de las células cerebrales. Evaluaron el efecto de miles de compuestos sobre células progenitoras neuronales y neuronas, e identificaron 453 intervenciones rejuvenecedoras únicas.
Entre los compuestos identificados con capacidad para revertir la edad biológica de ambos tipos celulares, varios son conocidos por prolongar la vida en modelos animales y algunos ya se utilizan para tratar trastornos neurológicos, pero la gran mayoría no había sido estudiada en el contexto de la salud o la longevidad. “Por un lado, el hecho de que nuestra plataforma computacional haya identificado fármacos con efectos conocidos sobre la función cerebral respalda la idea de que predecir el efecto de un compuesto sobre la edad biológica es una forma eficaz de evaluar su potencial neuroprotector”, detalla el profesor Antonio Del Sol, investigador Ikerbasque y jefe de los grupos de Biología Computacional en CIC bioGUNE y LCSB. “Por otro lado, los resultados también muestran que nuestro reloj puede ayudarnos a descubrir muchos nuevos candidatos que aún no han sido estudiados por sus propiedades rejuvenecedoras. Esto abre muchas nuevas posibilidades.”
Primera validación en modelo animal y ampliación del horizonte terapéutico
Como prueba de concepto de su enfoque, los investigadores e investigadoras probaron tres de los compuestos predichos en ratones, en colaboración con el equipo del profesor Rubén Nogueiras del Centro de Investigación en Medicina Molecular y Enfermedades Crónicas. La administración de estos fármacos redujo significativamente la ansiedad y mejoró ligeramente la memoria espacial en ratones mayores, abordando dos síntomas bien conocidos del envejecimiento. Un análisis de la expresión génica mostró que la combinación de estos compuestos también provocó un cambio hacia un fenotipo más joven. En conjunto, estos resultados demuestran que una selección de compuestos predichos como rejuvenecedores cerebrales produjo un rejuvenecimiento a nivel molecular en la corteza de ratones envejecidos y tuvo un impacto en funciones conductuales y cognitivas.
En términos generales, el estudio, recientemente publicado en Advanced Science, destaca el reloj computacional del envejecimiento desarrollado por el equipo como una herramienta valiosa para identificar intervenciones rejuvenecedoras con potencial terapéutico frente a enfermedades neurodegenerativas. Proporciona una base sólida para futuras investigaciones. “Los cientos de compuestos predichos por nuestra plataforma requieren validación en múltiples sistemas biológicos para evaluar su eficacia y seguridad, ofreciendo amplias oportunidades para el desarrollo terapéutico futuro”, concluye el profesor Antonio Del Sol.
Referencia: Guillem Santamaria, Cristina Iglesias, Sascha Jung, Javier Arcos Hodar, Ruben Nogueiras and Antonio del Sol. A machine-learning approach identifies rejuvenating interventions in the human brain. Advanced Science. DOI: 10.1002/advs.202503344.
Sobre CIC bioGUNE
El Centro de Investigación bioGUNE, miembro del Basque Research & Technology Alliance (BRTA), con sede en el Parque Científico Tecnológico de Bizkaia, es una organización de investigación biomédica que desarrolla investigación de vanguardia en la interfaz entre la biología estructural, molecular y celular, con especial atención en el estudio de las bases moleculares de la enfermedad, para ser utilizada en el desarrollo de nuevos métodos de diagnóstico y terapias avanzadas.
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Ikerbasque - Fundación Vasca para la Ciencia - es el resultado de una iniciativa del Departamento de Educación del Gobierno Vasco que tiene como objetivo reforzar el compromiso con la investigación científica atrayendo, recuperando y consolidando investigadores excelentes de todo el mundo. Actualmente, es una organización consolidada que cuenta con 350 investigadores e investigadoras, que desarrollan su trabajo en todos los campos del conocimiento.
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BRTA es una alianza formada por 4 centros de investigación colaborativa (CIC bioGUNE, CIC nanoGUNE, CIC biomaGUNE y CIC energiGUNE) y 13 centros tecnológicos (Azterlan, Azti, Ceit, Cidetec, Gaiker, Ideko, Ikerlan, Leartiker, Lortek, Neiker, Tecnalia, Tekniker y Vicomtech) que tienen el objetivo de desarrollar soluciones tecnológicas avanzadas para el tejido empresarial vasco.
Con el apoyo del Gobierno Vasco, el Grupo SPRI y las Diputaciones forales de los tres territorios, la alianza busca impulsar la colaboración entre los centros que la integran, reforzar las condiciones para generar y transmitir conocimiento a las empresas con la intención de contribuir a su competitividad y proyectar la capacidad científico-tecnológica vasca en el exterior.
BRTA cuenta con una plantilla de 3.500 profesionales, ejecuta el 22% de la inversión en I+D de Euskadi, registra una facturación anual superior a los 300 millones de euros y genera 100 patentes europeas e internacionales al año.