Los científicos del CNIC han desarrollado un modelo sencillo para estudiar el comportamiento de las células inmunes en animales vivos y han identificado un patrón de comportamiento celular dañino asociado a enfermedades cardiovasculares.
Dirigidos por el Dr. Andrés Hidalgo del Centro Nacional de Investigaciones Cardiovasculares (CNIC), han descubierto que los neutrófilos circulantes, un tipo de célula inmunitaria, adquieren diferentes patrones de comportamiento durante los procesos inflamatorios. El estudio, publicado en Nature, identifica un comportamiento dañino de los neutrófilos asociado con la enfermedad cardiovascular.
El estudio proporciona información importante que podría conducir a nuevos tratamientos para minimizar las consecuencias del infarto de miocardio.
Los neutrófilos son células inmunes que forman la primera línea de defensa en el cuerpo, pero que también pueden dañar las células sanas, incluidas las células del sistema cardiovascular. “Varios estudios han relacionado la presencia de neutrófilos en la sangre con un mayor riesgo y gravedad de la enfermedad cardiovascular”, asegura la primera autora Georgiana Crainiciuc.
Ejemplo de neutrófilos (rojos) dentro de un capilar sanguíneo (azul) capturados por microscopía intravital.
Sin embargo, Crainiciuc también señala que no es posible proteger el sistema cardiovascular simplemente eliminando los neutrófilos, ya que esto “dejaría al cuerpo indefenso frente a cualquier patógeno que lo amenace”.
Para resolver este problema, los autores buscaron identificar los tipos específicos de neutrófilos que causan daño vascular. Los investigadores analizaron células mediante microscopía intravital de alta resolución, una tecnología que permite la visualización de células dentro de los capilares sanguíneos de animales vivos.
Los científicos diseñaron un sistema computacional muy novedoso que les permitió analizar cómo se comportan las células en los vasos a través de medidas simples de cambios de tamaño, forma y movimiento. Este análisis identificó tres patrones de comportamiento de los neutrófilos durante los procesos inflamatorios, pero mostró que solo uno de ellos, caracterizado por su gran tamaño y proximidad a la pared del vaso, está relacionado con la lesión cardiovascular.
La molécula de Fgr
Combinando este sistema computacional con análisis genéticos masivos en modelos animales, los autores pudieron identificar las moléculas responsables del comportamiento dañino de los neutrófilos.
El equipo descubrió que la causa de este comportamiento patológico es una sola molécula, Fgr. Este descubrimiento proporciona la clave para seleccionar fármacos altamente eficaces capaces de prevenir la inflamación y la muerte celular después de un infarto de miocardio. “La idea ahora es continuar con más pruebas y análisis necesarios para convertir esto en un tratamiento clínico para los pacientes”, agrega Crainiciuc.
Los científicos creen que el estudio indica un gran avance no solo hacia un mejor tratamiento de las enfermedades cardiovasculares, sino también en la metodología para analizar las células inmunes. “Con las técnicas actuales, los investigadores pueden analizar una gran cantidad de genes y moléculas por célula, y esto ha permitido el descubrimiento de numerosas poblaciones celulares asociadas con el desarrollo de enfermedades”, explica el co-primer autor, el Dr. Miguel Palomino-Segura.
Sin embargo, añade, “nuestro modelo es único porque permite la identificación de células no a partir de su perfil genético sino de su actividad durante una enfermedad. Este es un enfoque completamente nuevo para el estudio de los procesos inmunológicos que aprovecha el dinamismo del estado de la enfermedad para generar nueva información”.
“La clave de este enfoque es la capacidad de los neutrófilos para cambiar su forma, actividad y capacidad para migrar en cuestión de segundos. Estos cambios rápidos solo pueden captarse bajo el microscopio ”, comenta el Dr. Hidalgo.
Los científicos hicieron el descubrimiento utilizando microscopía intravital de alta resolución, que permite la visualización de células dentro de los capilares sanguíneos de animales vivos.
Para extraer todo el potencial de estas imágenes, el equipo de investigación colaboró ??con ingenieros de la Universidad Carlos III de Madrid, quienes desarrollaron nuevas técnicas de visión por ordenador para realizar mediciones en tejidos vivos.
El estudio también requirió intensos esfuerzos para desarrollar la capacidad computacional necesaria para combinar y comparar sistemáticamente los enormes conjuntos de datos derivados de miles de células. “Esta tecnología se ha aplicado a otro tipo de datos, pero este es el primer ejemplo de su uso para tratar datos microscópicos, y los resultados han sido sorprendentes”, asegura Jon Sicilia, coautor y bioinformático a cargo de la parte analítica de el proyecto.
Neutrófilo con comportamiento asociado daño cardiovascular.
Los autores esperan que esta nueva metodología encuentre aplicación en otros campos científicos. “La idea ahora es aplicar esta tecnología en otros entornos, como la infección o el cáncer, en los que las células inmunitarias también juegan un papel fundamental en la progresión de la enfermedad”, explica Palomino-Segura.
Los colaboradores de este proyecto incluyen investigadores de la Fundación Vithas , Universidad de Castilla la Mancha , la Agencia de Ciencia, Tecnología e Investigación de Singapur (ASTAR); y las universidades de Harvard y Baylor en Estados Unidos.
El estudio contó con el apoyo del Ministerio de Ciencia e Innovación; Fundación la Caixa; Fundación Leducq; Comisión Europea FET-OPEN; Federación de Sociedades Bioquímicas Europeas y EMBO ALTF.
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