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O maior e mais abrangente mapa celular do pulmão humano é anunciado em Medicina da Natureza hoje (8 de junho). Revelando a grande diversidade de tipos de células no pulmão e as principais diferenças entre saúde e doença, o Human Lung Cell Atlas será um recurso valioso para os pesquisadores do pulmão.
Combinando dados de quase 40 estudos, os pesquisadores criaram o primeiro atlas unicelular integrado do pulmão, revelando tipos de células raras e destacando as diferenças celulares entre pessoas saudáveis. Além disso, o estudo encontrou estados celulares comuns entre fibrose pulmonar, câncer e COVID-19, oferecendo novas formas de entender a doença pulmonar, o que pode ajudar a identificar novos alvos terapêuticos.
O estudo faz parte da iniciativa global Human Cell Atlas* (HCA) para mapear cada tipo de célula no corpo humano, para transformar nossa compreensão da saúde, infecção e doença.
A pesquisa do pulmão se beneficiou muito de recentes estudos unicelulares que mostram quais genes estão ativos em cada célula. Apesar disso, a pesquisa foi limitada até agora pelo número de amostras e indivíduos incluídos por estudo. Para entender melhor os pulmões saudáveis e determinar o que está errado na doença, é necessário um atlas abrangente, mas isso tem sido difícil de conseguir.
Agora, uma grande equipe de pesquisadores combinou com sucesso 49 conjuntos de dados pulmonares, de quase 40 estudos separados, em um único Atlas integrado, usando aprendizado de máquina avançado. Ao agrupar e integrar conjuntos de dados de todos os principais estudos pulmonares de sequenciamento de RNA de célula única publicados até o momento, a equipe criou o primeiro atlas integrado de células pulmonares humanas. Este Atlas abrange mais de 2,4 milhões de células de 486 indivíduos e fornece novos insights sobre a biologia pulmonar que antes não eram possíveis.
Malte Luecken, autor sênior do artigo e líder do grupo no Instituto de Biologia Computacional e no Instituto de Saúde Pulmonar e Imunidade em Helmholtz Munique, Alemanha, disse: “Um atlas abrangente de órgãos requer muitos conjuntos de dados para capturar a diversidade entre as duas células e indivíduos, mas combinar diferentes conjuntos de dados é um grande desafio. Desenvolvemos um pipeline de benchmarking para encontrar o método ideal para integrar todos os conjuntos de dados no Atlas, usando inteligência artificial, e combinamos com sucesso o conhecimento e os dados de quase 40 estudos pulmonares anteriores.”
O professor Fabian Theis, autor sênior do artigo e diretor do Instituto de Biologia Computacional em Helmholtz Munich, disse: “Criamos um primeiro atlas de referência do pulmão humano, que inclui dados de mais de cem pessoas saudáveis e revela como as células dos indivíduos variam com a idade, sexo e histórico de tabagismo. O grande número de células e indivíduos envolvidos agora dá o poder de ver tipos de células raras e identificar novos estados celulares que não foram descritos anteriormente.”
Enquanto o núcleo do Human Lung Cell Atlas são dados de pulmões saudáveis, a equipe também pegou conjuntos de dados de mais de 10 doenças pulmonares diferentes e os projetou nos dados saudáveis, para entender os estados da doença.
A equipe descobriu que diferentes doenças pulmonares compartilhavam estados de células imunes comuns, incluindo a descoberta de que um subconjunto de macrófagos (um tipo de célula imune) compartilhava atividade genética semelhante na fibrose pulmonar, câncer e COVID-19. Os estados compartilhados indicam que essas células podem desempenhar um papel semelhante na formação de cicatrizes no pulmão em todas as três doenças e fornecer indicadores para possíveis alvos terapêuticos.
O professor Martijn Nawijn, autor sênior do artigo e professor do University Medical Center Groningen, na Holanda, disse: “Este é o primeiro esforço para comparar pulmões saudáveis e doentes em um estudo de maneira integrada. Nosso estudo não apenas apóia a presença de fibrose pulmonar na COVID-19, ela nos permite identificar e definir um estado celular compartilhado entre fibrose pulmonar, COVID-19 e pacientes com câncer de pulmão. Encontrar essas células associadas a doenças compartilhadas é realmente emocionante e revela uma maneira totalmente diferente de olhando para doenças pulmonares, abrindo possibilidades para novos alvos de tratamento e desenvolvendo biomarcadores de resposta ao tratamento. Nossas descobertas também sugerem que as terapias que funcionam para uma doença podem ajudar a aliviar outras.”
O projeto Lung Atlas Integration foi um esforço colaborativo internacional com quase 100 parceiros de mais de 60 departamentos, incluindo pesquisadores-chave da Helmholtz Munich, University Medical Center Groningen e Northwestern University. A equipe faz parte da Human Cell Atlas Lung Biological Network**, que tem suas raízes na Chan Zuckerberg Initiative Seed Networks for the Human Cell Atlas, e na rede pulmonar financiada pela União Europeia DiscovAIR. No início da pandemia de COVID-19 em 2020, as comunidades pulmonares unicelulares se uniram rapidamente, formando a HCA Lung Biological Network para ajudar a entender o COVID-19, o que levou ao esforço global para integrar todos os dados.
Lisa Sikkema, a primeira autora do artigo e estudante de doutorado no Instituto de Biologia Computacional de Helmholtz Munich, disse: “Um dos grandes problemas na criação do atlas integrado de células pulmonares foi com a anotação do tipo de célula. Diferentes grupos de pesquisa usaram nomes diferentes para o mesmo tipo de célula, ou o mesmo nome para células diferentes, então, como uma equipe, trabalhamos para padronizá-las usando os dados do atlas. O atlas é um primeiro passo para uma anotação de consenso do pulmão humano, que ajudará a reunir os campo de pesquisa pulmonar”.
O primeiro grande órgão integrado dentro da iniciativa Human Cell Atlas, o Human Lung Cell Atlas está disponível publicamente para pesquisadores em todo o mundo, como um recurso central para estudar o pulmão na saúde e na doença.
Alexander Misharin, autor sênior do artigo e professor associado da Northwestern University Feinberg School of Medicine, EUA, disse: “O Human Lung Cell Atlas é um grande recurso para a comunidade científica e médica. Disponível abertamente para pesquisadores, dados de novas doenças podem ser mapeados no HLCA, transformando a pesquisa em biologia pulmonar e doenças. Como o primeiro atlas de referência completo de um órgão principal, o HLCA também representa um marco para alcançar um Atlas de Células Humanas completo que transformará nossa compreensão da biologia e das doenças e leigos a base para uma nova era de cuidados de saúde.”
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