Científicos de Stanford descubren células inmunitarias que explotan como bombas microscópicas

Un grupo de investigadores de Stanford identificó una célula inmunitaria previamente desconocida que elimina células cercanas mediante una explosión. Este proceso es tan rápido y completo que la célula desaparece en minutos, dejando prácticamente ningún rastro.

El descubrimiento se realizó en planarias, pequeños animales acuáticos conocidos por su extraordinaria capacidad de regeneración. Estos gusanos pueden reconstruir tejidos perdidos e incluso generar organismos completos a partir de fragmentos. Estudiar cómo sus sistemas inmunitarios han sobrevivido y se han adaptado durante cientos de millones de años podría ofrecer pistas valiosas para la medicina moderna.

En un estudio publicado en la revista Cell, los investigadores denominaron a estas nuevas células "ruptoblastos" debido a la forma dramática en que responden a una hormona específica.

El autor principal, Bo Wang, profesor asociado de bioingeniería en las escuelas de Ingeniería y Medicina, comentó: "Nunca esperamos que una célula pudiera simplemente explotar como una bomba y matar a las células que la rodean".

Las planarias rechazan tejidos extraños

La investigadora postdoctoral Chew Chai, del laboratorio de Wang, notó las células inusuales mientras investigaba una pregunta de larga data en la biología de las planarias: si estos organismos pueden distinguir sus propios tejidos de los de otros individuos.

Para probar esto, Chai cortó gusanos a lo largo y fusionó cada uno con parte de otro gusano. Las planarias son muy eficaces en la reconstrucción de sus propios cuerpos, pero estas criaturas fusionadas, denominadas "gusanos Frankenstein", rechazaron el tejido de individuos no relacionados. Esta reacción se asemejó a la forma en que el sistema inmunitario humano puede rechazar un órgano trasplantado.

Sin embargo, la respuesta celular fue muy diferente a lo que se observa normalmente en humanos. "Es una enorme respuesta inflamatoria. Como si hubiera un incendio y sonara una alarma, y las células simplemente explotan", explicó Chai, quien es la autora principal del artículo.

Activina desencadena inflamación severa

Investigaciones previas sobre la regeneración en planarias han mostrado que la hormona activina juega un papel crucial en su supervivencia. Niveles elevados de activina pueden debilitar la capacidad de regeneración de un gusano, mientras que niveles bajos interfieren con su capacidad de reproducirse con otros gusanos.

Cuando los gusanos fusionados comenzaron a rechazar el tejido extraño, Chai detectó un aumento de activina seguido de inflamación crónica. Los animales no murieron de inmediato, pero fallecieron en pocos días. También encontró que inyectar activina en planarias sanas y no fusionadas producía una respuesta inflamatoria similar.

Para examinar lo que sucedía dentro de las células individuales, Chai utilizó microscopía de células vivas y citometría de flujo, una técnica que utiliza láseres para analizar y separar células. Marcó las células con diferentes tintes fluorescentes y luego aisló aquellas que reaccionaban a la activina.

Un pequeño grupo de células estalló repentinamente, liberando sustancias que mataron a las células cercanas y desapareciendo en menos de cinco minutos. Chai y Wang denominaron a este proceso explosivo "ruptosis".

La muerte celular en segundos

La velocidad y la completud de la autodestrucción de los ruptoblastos distinguen a la ruptosis de otras formas conocidas de muerte celular. "Algunas células de mamíferos y bacterias también pueden realizar una muerte celular explosiva, pero la escala temporal es realmente larga. Ellos explotan, pero es más como poros que gotean lentamente durante varias horas", afirmó Chai. "La ruptosis ocurre en segundos a minutos".

Esta destrucción rápida parece convertir cada ruptoblasto en un arma altamente localizada. En lugar de liberar lentamente material dañino, la célula descarga su contenido casi instantáneamente.

Células explosivas destruyen múltiples objetivos

Los investigadores probaron los ruptoblastos contra bacterias E. coli, células renales humanas y células sanguíneas de ratón. Los ruptoblastos destruyeron los tres tipos de objetivos.

El daño se limitó a las células ubicadas cerca de la explosión. No se propagó a través de una reacción en cadena ni dejó toxicidad persistente. Según Wang, esta capacidad de realizar un ataque potente pero contenido podría tener implicaciones para futuros tratamientos dirigidos a infecciones bacterianas o tumores.

Los ruptoblastos también difieren de células inmunitarias familiares como los linfocitos T y los neutrófilos. Estas células son hematopoyéticas, es decir, son células sanguíneas producidas en la médula ósea. Los ruptoblastos son células glandulares.

Los investigadores creen que los ruptoblastos intensifican sus sistemas de secreción normales para liberar sustancias tóxicas de manera repentina y violenta tras el encuentro con la activina. Un aumento rápido de calcio desde el retículo endoplásmico dentro de la célula ayuda a impulsar la ruptosis.

Una estrategia inmunitaria antigua

Cuando Chai buscó células similares en otras especies, solo las encontró en bilaterales basales como las planarias. Su distribución restringida sugiere que los ruptoblastos se originaron temprano en la evolución animal.

Chai propuso que los vertebrados pueden haber perdido esta defensa porque no pueden reparar fácilmente el daño circundante causado por la ruptosis. Las planarias, en cambio, contienen abundantes células madre y pueden reemplazar tejidos dañados con notable eficiencia.

"Esto demuestra que hay muchos mecanismos inmunitarios diferentes. Hay todos estos animales que viven en un entorno donde hay muchas bacterias, muchos virus, y sabemos tan poco sobre sus mecanismos inmunitarios", afirmó Wang.

Los hallazgos muestran cuánto pueden aprender los científicos al examinar animales que rara vez se utilizan como modelos de investigación tradicionales. Aunque las planarias pueden parecer simples, su biología inusual podría revelar estrategias inmunitarias que están ausentes en humanos y otros vertebrados.

Wang sugirió que investigar una gama más amplia de organismos podría inspirar nuevos enfoques para algunos de los problemas más desafiantes de la medicina.

Agradecimientos

Los coautores de Stanford incluyen a Souradeep Sarkar, Lihan Zhong, Dania Nanes Sarfati, Christine Jacobs-Wagner, Hawa Racine Thiam y Benyamin Rosental, de la Universidad Ben Gurion del Negev.

Esta investigación fue financiada por una Beca de Investigación de Graduados de la Fundación Nacional de Ciencias, una Beca de Graduados de Stanford, una beca DARE de Stanford, un grant del Programa de Ciencia de Frontera Humana, un grant de los Institutos Nacionales de Salud y un grant del Consejo Europeo de Investigación.

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