Los científicos usan el pez cebra para comprender la conexión entre el sistema inmunológico y la regeneración

La forma en que el sistema inmunológico responde a las lesiones en muchos órganos y tejidos permite y posibilita su reparación y regeneración. Sin embargo, para algunas especies como los humanos, el daño a órganos como el cerebro, la médula espinal o el corazón es irreversible. Imagínense si pudiéramos regenerarlos. Para los candidatos y receptores de trasplantes de órganos, la angustiosa espera de «la llamada» o la necesidad de medicamentos inmunosupresores de por vida ya no serían necesarios.

Una nueva investigación del Instituto Stowers para la Investigación Médica utilizó el pez cebra altamente regenerativo para investigar los programas genéticos y de tiempo de los macrófagos, un tipo de glóbulo blanco, en la reparación y regeneración de un órgano sensorial del pez cebra. Comprender cómo responde el sistema inmunitario a las lesiones, primero mediante la inducción de inflamación seguida inmediatamente por una respuesta antiinflamatoria, proporciona un conocimiento invaluable para diseñar inmunoterapias dirigidas que pueden ser aplicables para combatir afecciones humanas como pérdida de audición o sordera, daño cardíaco o de la médula espinal.

Recientemente publicado en Comunicaciones de la naturaleza el 20 de septiembre de 2022, el investigador postdoctoral Nicolas Denans, Ph.D., en el laboratorio de la investigadora de Stowers, Tatjana Piotrowski, Ph.D., descubrió un nuevo paradigma antiinflamatorio de macrófagos. En lugar de la opinión establecida de que los estados de activación antiinflamatorios de los macrófagos están vinculados a un solo tipo de vía de señalización, Denans descubrió que la misma población puede y debe hacer la transición a través de cada uno de los tres estados antiinflamatorios para la regeneración de órganos.

«La regeneración de órganos ofrece una oportunidad emocionante para estudiar el sistema inmunológico y averiguar por qué algunas especies pueden regenerar órganos como el corazón o miembros perdidos, mientras que otras, como los humanos, no pueden», dijo Piotrowski.

Las células ciliadas de los órganos sensoriales del pez cebra son un sistema ideal para investigar las vías y los tipos de células involucrados en la regeneración, ya que se destruyen fácilmente con antibióticos y comienzan a regenerarse en cinco horas. Esto permitió a los investigadores identificar el momento exacto y los programas genéticos para cada estado de activación de los macrófagos antiinflamatorios.

«Nuestra hipótesis es que los macrófagos humanos no reciben el ‘cóctel’ de activación química adecuado para instruir los procesos pro-regenerativos», dijo Denans. «Identificar la receta molecular de la activación de los macrófagos en el pez cebra podría algún día permitirnos diseñar inmunoterapias regenerativas en humanos».

Esenciales para la regeneración de órganos, los macrófagos, que en latín se traduce literalmente como «grandes comedores», engullen partículas extrañas como células muertas y bacterias y usan enzimas para digerirlas. Además de su apetito culinario, estas células señalan vías proinflamatorias y antiinflamatorias para secretar sustancias químicas o citocinas para reclutar tipos adicionales de glóbulos blancos o desencadenar vías antiinflamatorias para la reparación celular y tisular.

La investigación de los macrófagos a alta resolución espacial y en múltiples puntos de tiempo estrechamente espaciados durante la muerte y regeneración de las células ciliadas sensoriales del pez cebra fue fundamental. Por primera vez, el estudio demuestra que una sola población de este tipo de células transita de forma secuencial e independiente a través de tres estados antiinflamatorios diferentes, cada uno con su propia firma genética y molecular única.

«La nueva evidencia es un recurso valioso para los estudios comparativos sobre los programas genéticos involucrados en la reparación y regeneración mediada por macrófagos», dijo Denans. «En otras palabras, diferentes tipos de lesiones pueden inducir diferentes tipos de respuestas inflamatorias. Queremos descifrar si este ‘lenguaje’ es universal o si hay una variedad de dialectos».

Si bien el estudio marca la primera vez que los estados secuenciales de los macrófagos se resuelven con una precisión extraordinaria, las comparaciones preliminares con las vías informadas anteriormente en diferentes órganos y especies sugieren que es probable que este mecanismo se conserve.

«Cuando observa con más detalle, los macrófagos no solo son necesarios para iniciar la regeneración, sino que también interactúan con el cerebro al comunicarse con las células nerviosas para restablecer y mantener las sinapsis necesarias para el funcionamiento adecuado de los órganos después de la regeneración», dijo Piotrowski.

El equipo espera que estudios adicionales basados ​​en este nuevo hallazgo puedan proporcionar la base para diseñar inmunoterapias personalizadas para disminuir la enfermedad, lo que quizás permita mayores capacidades regenerativas en animales con regeneración limitada como los humanos.

«Este es solo uno de una serie de pasos para considerar la idea de desarrollar inmunoterapias regenerativas en humanos», dijo Denans.

Otros autores incluyen a Nhung TT Tran, Madeleine Swall, Daniel C. Diaz y Jillian Blanck.