Una nueva perspectiva sobre cómo se ajusta la inmunidad a través de la mecánica

El sistema inmunológico nos protege de infecciones, sustancias dañinas y cambios problemáticos en nuestras propias células. La investigación tradicional postula que partes de los patógenos o células invasores hacen sonar la alarma, pero la evidencia acumulada sugiere que el entorno físico que rodea a las células inmunitarias también puede desempeñar un papel activo en el reconocimiento temprano del peligro y en el inicio de las respuestas inmunitarias.

El laboratorio del profesor asociado de Buck, Dan Winer, MD, está investigando una perspectiva completamente nueva sobre cómo funcionan las células inmunitarias. A través de su propia investigación y búsquedas exhaustivas de publicaciones existentes sobre el tema, Winer se dio cuenta de que los efectos de las fuerzas mecánicas en la biología de las células inmunitarias eran inconfundibles, pero apenas explorados.

Winer colaboró ​​con otros expertos para presentar un argumento convincente de que las señales mecánicas en realidad sintonizan las respuestas de las células inmunitarias, que se publicó el 16 de agosto en Nature Reviews Inmunología. Estos hallazgos son parte de un campo en desarrollo, llamado «mecanoinmunología», que proporciona una parte faltante del rompecabezas para crear una imagen integrada de la inmunidad. Reconocer que las fuerzas físicas que se originan a nivel tisular afectan la activación y función de las células inmunitarias puede proporcionar nuevos conocimientos para tratar una amplia gama de trastornos.

«Esta revisión está reuniendo una nueva teoría emergente sobre cómo el sistema inmunitario detecta el peligro al unificar las señales químicas y mecánicas», dijo Winer. «La identificación de un nuevo concepto fundamental tendrá implicaciones para muchas enfermedades y afecciones, desde la autoinmunidad hasta las infecciones y las enfermedades crónicas asociadas con el envejecimiento».

La idea de que el entorno físico es importante para la función de una célula puede parecer descabellada al principio, pero tiene mucho sentido, dijo Winer. Todas las células están sujetas a una variedad de fuerzas en el cuerpo, explicó, como tensión, compresión, presión hidrostática, estiramiento y cizallamiento, dependiendo de si las células están ubicadas dentro de un tejido o circulan en los fluidos corporales.

Ya es bien sabido que los estímulos mecánicos dentro de los tejidos afectan los sistemas cardiovascular y esquelético, y que se producen cambios mecánicos en los tejidos durante la cicatrización y también con infecciones, lesiones y cáncer. Lo que no se ha apreciado completamente es que los mismos estímulos orquestan la inflamación y las respuestas inmunitarias.

«Estas fuerzas inducen efectos profundos en el comportamiento del sistema inmunitario», dijo Huixun «Zoe» Du, estudiante de posgrado en el laboratorio de Winer y coautora de la revisión. «Agrega una dimensión completamente nueva para desentrañar sobre cómo responde el sistema inmunológico».

Durante muchos años, Winer, cuya investigación se ha centrado durante mucho tiempo en cómo la obesidad altera el sistema inmunológico, notó que a medida que aumenta el tejido graso, también aumenta la fibrosis, que es un tejido cicatricial engrosado. A medida que el tejido se vuelve más rígido, las señales mecánicas de las que dependen las células para detectar su entorno cambian. El año pasado, publicó hallazgos que revelan evidencia de que las fuerzas mecánicas pueden preparar el sistema inmunológico frente al peligro. A medida que exploraba más a fondo lo que otros habían encontrado, descubrió que la «mecanobiología» y cómo afecta al sistema inmunológico apenas se exploraba.

Después de resumir exhaustivamente los estudios realizados hasta la fecha sobre este tema, Winer y sus colegas concluyeron que, si bien el campo está en sus inicios, la nueva perspectiva que ofrece se puede aplicar a casi cualquier afección que involucre al sistema inmunitario, incluido el aumento o la reducción de la inflamación, el tratamiento autoinmunidad, promoviendo la curación después de una lesión o infección tisular y atacando enfermedades como la fibrosis y el cáncer.

«Actualmente faltan terapias inmunes sensibles a la fuerza, pero el potencial para desarrollar nuevos tratamientos en este campo es ilimitado», dijo Winer. Señaló varias direcciones en las que podría ir esta línea de terapia.

Por ejemplo, una de las cualidades de la enfermedad del hígado graso de larga data es un hígado cicatrizado, llamado cirrosis, que a menudo es más rígido que el tejido sano. Por supuesto, se necesitará mucha más investigación, dijo Winer, pero una posibilidad intrigante que surge de esta nueva perspectiva es que se podrían desarrollar terapias con el objetivo de cambiar la rigidez detectada por las células inmunitarias durante la progresión de la inflamación hepática, que a su vez , podría mejorar los resultados clínicos al alterar la respuesta inmune.

De manera similar, anotó, el entorno físico puede impulsar las respuestas de las células inmunitarias en heridas o sitios de infecciones. Los sitios de infección podrían incluir una infección bacteriana en la piel o incluso una infección viral del pulmón, como durante el COVID-19. Estas respuestas mecanoinmunológicas pueden ser deseables en la defensa contra la infección pero indeseables en condiciones de cicatrización y fibrosis. Las estrategias terapéuticas podrían dirigirse a estos procesos para afinar la respuesta inmunitaria.

La mecanoinmunología podría mejorar las terapias existentes, como las terapias basadas en células, al optimizar las condiciones en las que se cultivan las células terapéuticas para que respondan mejor a lo que encontrarán en el cuerpo.

El diseño de vacunas también es rico en oportunidades de avance, dijo Winer, como mejorar la capa exterior de una partícula de administración para controlar la respuesta inmune que se provoca. Otra posibilidad es generar vendajes o biomateriales implantables de diferentes propiedades mecánicas para crear nuevos entornos inmunomoduladores para el cáncer, la cicatrización de heridas y la medicina regenerativa.

«Estamos en la punta del iceberg con lo que podemos hacer con la modulación de las fuerzas mecánicas para impactar la función de las células inmunitarias», dijo. «Hay un futuro prometedor por delante para la mecanoinmunología».