Bethesda (Maryland).- Un equipo científico financiado por los Institutos Nacionales de Salud de Estados Unidos (NIH) desarrolló un modelo de laboratorio que permite observar cómo las células plasmáticas productoras de anticuerpos migran hacia la médula ósea humana, maduran y consiguen sobrevivir en ese entorno. El avance abre una vía para investigar procesos del sistema inmunitario que hasta ahora han sido difíciles de estudiar directamente en personas.
La plataforma combina un organoide que imita el tejido de los ganglios linfáticos con un chip diseñado para reproducir características de la médula ósea. Con este sistema, los investigadores pueden analizar etapas clave del desarrollo y comportamiento de las células plasmáticas, responsables de producir anticuerpos que protegen al organismo frente a las infecciones.
El modelo también podría utilizarse para probar nuevas estrategias terapéuticas dirigidas a prevenir infecciones, inhibir alergias y reducir la autoinmunidad. Los resultados de la investigación fueron publicados en la revista científica «Science Advances».
Las células plasmáticas sostienen la producción de anticuerpos
Las células plasmáticas desempeñan una función central en la respuesta inmunitaria porque producen anticuerpos. Algunas de ellas pueden permanecer durante largos periodos en la médula ósea, donde contribuyen a mantener la producción de anticuerpos y la inmunidad a largo plazo después de una infección o una vacunación.
Sin embargo, todavía se conoce poco sobre la manera en que estas células migran hasta la médula ósea humana, se establecen allí y consiguen mantenerse con el paso del tiempo.
Comprender esos mecanismos tiene implicaciones que van más allá de la protección contra las infecciones. Cuando la producción de anticuerpos funciona de manera inadecuada, las células plasmáticas pueden contribuir al desarrollo de enfermedades autoinmunes y alergias. Su proliferación excesiva también puede provocar cáncer de la sangre.
John H. Powers III, director interino del Instituto Nacional de Alergias y Enfermedades Infecciosas (NIAID), describió la plataforma de bioingeniería como una herramienta que permite acceder a un aspecto difícil de observar del funcionamiento del sistema inmunitario humano.
Al reproducir elementos fundamentales del sistema inmunitario mediante estructuras similares al tejido linfoide y la médula ósea, el modelo puede proporcionar información que otros métodos experimentales no ofrecen.
Del ganglio linfático a la médula ósea
Uno de los interrogantes que los científicos intentan resolver es por qué las células B, cuando están preparadas para producir anticuerpos, abandonan los ganglios linfáticos, el bazo y otros órganos para dirigirse hacia la médula ósea y establecerse allí.
El equipo también busca determinar qué función desempeña el entorno de la médula ósea en el comportamiento de estas células y en las respuestas inmunitarias frente a una nueva infección.
Ankur Singh, profesor Carl Ring Family de Bioingeniería y director del Center for Immunoengineering de Georgia Tech, lidera el equipo que desarrolló el organoide linfoide humano.
Los investigadores aislaron células B procedentes de tejido de amígdalas humanas y de fuentes sanguíneas y las cultivaron en un microambiente diseñado para imitar el tejido linfoide.
Uno de los principales desafíos fue conseguir cultivar las células B y estimular su transformación en células plasmáticas capaces de secretar anticuerpos. Para desencadenar ese proceso utilizaron virus de la influenza inactivado.
La técnica permitió generar suficientes células plasmáticas productoras de anticuerpos para realizar posteriormente los experimentos en el sistema de médula ósea en un chip.
Un chip reproduce diferentes zonas de la médula ósea
El laboratorio de Krishnendu Roy, de la Universidad de Vanderbilt, desarrolló el chip mediante un complejo microambiente vascularizado basado en microfluídica, una tecnología que permite controlar cantidades muy pequeñas de fluidos.
El objetivo no es reproducir toda la complejidad del cuerpo humano, explicó Roy, sino imitar su estructura, determinadas funciones biológicas fundamentales y los microambientes espaciales necesarios para estudiar el comportamiento de un órgano humano en un modelo simplificado.
El sistema de médula ósea en un chip se encuentra dentro de una estructura de placas plásticas de 96 pocillos que mide aproximadamente tres por cinco pulgadas. Cada placa tiene menos de media pulgada de grosor.
El interior contiene múltiples canales y está recubierto de un material similar a un gel que reproduce características de la médula ósea. Además, incorpora nutrientes y factores de crecimiento destinados a favorecer el funcionamiento y mantenimiento de las células plasmáticas.
Dos microambientes permiten seguir el comportamiento celular
La arquitectura del dispositivo reproduce dos zonas distintas de la médula ósea que desempeñan funciones específicas.
Una corresponde a la denominada subregión endóstica, situada en el borde exterior de la cavidad de la médula ósea. Allí, las células plasmáticas permanecen almacenadas hasta que son requeridas.
La segunda reproduce la subregión perivascular, ubicada más profundamente, cerca del centro de la médula ósea y alrededor de una red de vasos sanguíneos. En ese entorno, las células plasmáticas proliferan y se activan.
Esta organización permite estudiar sistemáticamente cómo los diferentes nichos biológicos de la médula ósea influyen en la diferenciación y duración de las células plasmáticas.
El chip también facilita obtener imágenes de estas células para interpretar su actividad cuando responden a proteínas de señalización.
Esa capacidad aborda una de las principales limitaciones de la investigación en humanos. Singh señaló que obtener imágenes de alta resolución de células plasmáticas dentro de la médula ósea de una persona viva es prácticamente imposible. Parte de los estudios realizados hasta ahora se han basado en imágenes obtenidas en la médula ósea de ratones.
El modelo podría estudiar envejecimiento, alergias y autoinmunidad
Una de las posibilidades del organoide es incorporar células procedentes de grupos específicos de pacientes. Esto permitiría investigar cómo el envejecimiento modifica el funcionamiento de las células plasmáticas.
El mismo enfoque podría aplicarse a personas con enfermedades autoinmunes o alérgicas para analizar cómo se producen y mantienen las células plasmáticas asociadas con la autoinmunidad o las alergias.
La plataforma ofrece además un entorno para probar posibles terapias relacionadas con la prevención de infecciones, la inhibición de las respuestas alérgicas y la reducción de la autoinmunidad.
Los científicos todavía tienen interrogantes por resolver. Entre ellos se encuentra el motivo por el que las células B presentan un patrón de desplazamiento de «parada y avance» y si ese comportamiento forma parte de una migración constante dentro de la estructura más amplia de la médula ósea.
La investigación recibió financiación parcial del NIAID mediante las subvenciones R01AI186314 y R01AI181282, así como del Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales (NIGMS) a través de la subvención T32GM145735.
Este artículo fue elaborado con la ayuda de herramientas de inteligencia artificial y revisado por un editor de Hispanos Press
