Investigadores de la Universidad McGill y el Instituto Nacional del Cáncer (NCI) de EE. UU. han hecho algunos descubrimientos sorprendentes sobre nuestro sistema inmunológico. Mediante el uso de modelos matemáticos para observar aspectos específicos de las respuestas inmunitarias en ratones y humanos, su enfoque basado en datos, descrito en un artículo reciente en Science, revela que las respuestas inmunitarias pueden existir en un espectro más fino de lo que se creía anteriormente. Los resultados también sugieren que en la batalla entre las defensas de un cuerpo y los intrusos, los mensajeros son clave. Estos hallazgos podrían hacer avanzar el cáncer y otros tratamientos de inmunoterapia.
Fiebre, tos, dolor de garganta, síntomas que están en el punto de mira en la era del COVID-19, son solo algunos de los signos reveladores de que el sistema inmunitario de nuestro cuerpo entra en acción contra un intruso no deseado. Ya sea que se desencadene por una infección, un alérgeno o una vacuna, las respuestas inmunitarias son impulsadas por una serie compleja de procesos celulares que pueden desarrollarse durante varios días o incluso semanas.
Se sabe mucho sobre los procesos generales que intervienen en las respuestas inmunitarias. Pero debido a la gran cantidad de variables involucradas, identificar en qué enfocarse para desarrollar tratamientos o vacunas es muy parecido a buscar un aguja en un pajar. Esto ahora puede cambiar gracias a un nuevo estudio realizado por investigadores de la Universidad McGill y el Instituto Nacional del Cáncer (NCI) de EE. UU., publicado recientemente en Ciencias.
Se centró en un proceso fundamental en el sistema inmunitario: el papel de las proteínas llamadas citocinas en la señalización y el impulso de las respuestas del cuerpo.
El papel crucial de los mensajeros
Nuestro sistema inmunológico a menudo se caracteriza como una batalla. Ciertos glóbulos blancos críticos (llamados células T) viajan a través del torrente sanguíneo y los sistemas linfáticos y hacia los tejidos, en busca de rastros de microorganismos y otros invasores conocidos como antígenos. Para evitar atacar indiscriminadamente a las células sanas, las células T circulan hasta que reconocen un antígeno específico; solo entonces envían mensajeros en forma de citoquinas para activar un sistema de alerta y señalar que no todo está bien.
«Se podría pensar que hay muchos parámetros muy diferentes en la respuesta inmunitaria que son cruciales; por ejemplo, la cantidad de células T producidas para combatir a los invasores puede variar, o la cantidad de invasores (antígenos) mismos», explica Paul. François, el biofísico de McGill que dirigió el equipo de análisis de datos, que incluía a los estudiantes de doctorado en física de McGill, François Bourassa y Thomas Rademaker. «Pero la gran sorpresa es que, en realidad, lo que realmente importa es la fuerza del antígeno».
Crunching números ayuda a identificar elementos esenciales
Hasta ahora, ha sido difícil medir la fuerza del antígeno, visto en la eficacia con la que un antígeno desencadena la respuesta de las células T, independientemente de la cantidad de antígeno presente en cualquier experimento dado.
Pero al utilizar un enfoque basado en datos y gracias a la colaboración crucial con el NCI, François y sus colegas han podido decodificar el fenómeno altamente variable de la producción de citocinas para brindar una lectura confiable de la fuerza del antígeno. Esto es potencialmente muy útil para predecir qué tan bien podría funcionar una vacuna candidata o un fármaco de inmunoterapia.
Para estudiar este fenómeno en detalle, los investigadores del NCI, dirigidos por Grégoire Altan-Bonnet, desarrollaron una plataforma robótica para realizar docenas de experimentos a la vez, exponiendo las células T a varios antígenos y condiciones. Sooraj Achar, un estudiante de posgrado en el laboratorio de Altan-Bonnet, optimizó el sistema automatizado para recopilar grandes cantidades de datos en una fracción del tiempo que hubiera tomado hacer los mismos experimentos a mano.
«Reunir un mapa completo de la dinámica de las citoquinas generadas por las células T en entornos muy diversos presenta un desafío y una oportunidad para comprender mejor cómo las células T «ven» el mundo antigénico y orquestan las respuestas inmunitarias», señaló Altan-Bonnet.
Luego, los miembros de McGill del equipo utilizaron el aprendizaje automático para procesar los datos generados por esos experimentos y modelos matemáticos para capturar patrones significativos en los datos. Este modelo basado en datos reveló reglas sorprendentemente simples en el corazón de lo que de otro modo podría parecer un proceso altamente complejo sujeto a múltiples variables.
¿Un espectro de reacciones inmunes?
El análisis también mostró que los patrones de liberación de citocinas contenían información sobre el tipo de antígeno encontrado y distinguieron seis respuestas celulares distintas en lugar de los tres tipos que se suelen reconocer.
«Esto respalda la idea de que las respuestas inmunitarias existen a lo largo de un espectro en lugar de un interruptor binario de encendido y apagado», agrega François. «Puede haber diferentes niveles de respuesta inmunológica que se pueden ajustar al nivel correcto de alerta dependiendo de la complejidad de la situación».
Es probable que esta nueva comprensión mejore las estrategias para las inmunoterapias que se basan en células T diseñadas para atacar los tumores de un paciente.
