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¿Se pueden reclutar células inmunes a un área de inflamación y luego pasar a una segunda?

¿Se pueden reclutar células inmunes a un área de inflamación y luego pasar a una segunda?



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Con respecto a las células inmunes innatas o adaptativas ... ¿se pueden reclutar células vírgenes / inmaduras como neutrófilos, monocitos, macrófagos / células dendríticas o células T adaptativas en un área de inflamación, por ejemplo, una infección en la mucosa gástrica, y luego abandonar esa área? y ser reclutado para otra área diferente de inflamación? ¿O una vez reclutados en un sitio, no responden a otros eventos?


Los profesores recién contratados aportan experiencia en áreas clave de investigación

Gracias a un exitoso primer año de Translates Duke Health (TDH), doce caras nuevas han aparecido en los laboratorios, clínicas y salas de reuniones de la Facultad de Medicina. Estos nuevos miembros de la facultad, que representan un espectro de etapas profesionales, fueron reclutados para Duke debido a su experiencia en numerosos campos que incluyen trasplantes, neurocirugía, terapia génica, VIH y más. Conocidos como Traductores de Duke Health Scholars, trabajarán con el profesorado de toda la escuela para avanzar en la investigación dirigida a abordar los principales desafíos de salud en cinco áreas clave: enfermedades cardiovasculares, salud infantil, metástasis cerebrales, resiliencia cerebral e inmunología. Estas contrataciones representan la primera ola de un gran esfuerzo de reclutamiento que continuará a medida que la iniciativa TDH avanza hacia su segundo año.

Conozca a los becarios traductores de Duke Health:

Priyamvada Acharya, PhD
Departamento de Cirugía
Director, División de Biología Estructural, Duke Human Vaccine Institute

Este es un momento emocionante para la investigación de la vacuna contra el VIH-1 con múltiples líneas de enfoque que parecen prometedoras para el desarrollo de una vacuna eficaz contra el VIH-1. Este también es un momento emocionante para la biología estructural, con un progreso rápido y continuo en la microscopía crioelectrónica (crio-EM) que permite un rendimiento y una capacidad sin precedentes para determinar estructuras de muestras complejas. Debido a que mi laboratorio tiene experiencia tanto en crio-EM como en cristalografía de rayos X, estamos bien preparados para aprovechar las técnicas estructurales de vanguardia para promover nuestra investigación sobre la entrada del VIH-1 y el diseño de vacunas.

El enfoque principal de mi investigación es comprender cómo el VIH ingresa a las células del cuerpo y utilizar este conocimiento básico para el desarrollo de vacunas y terapias. Usamos crio-EM y cristalografía de rayos X para determinar las estructuras involucradas en la entrada del VIH-1 a resoluciones de nivel atómico. También estamos interesados ​​en comprender las interacciones de la proteína envolvente (Env) del VIH-1 con el sistema inmunológico humano. Hacemos esto mediante la determinación estructural de complejos de Env del VIH-1 con receptores y anticuerpos. La comprensión a nivel atómico de estas interacciones ayuda a impulsar el desarrollo de vacunas.

El Duke Human Vaccine Institute es líder mundial en la investigación de vacunas contra el VIH-1. Además de esto, Duke tiene una sólida comunidad de biología estructural, fortalezas emergentes en crio-EM que incluyen una suite de microscopía de última generación equipada con un microscopio Titan Krios y un entorno de apoyo para nuevos profesores. Estos fueron los principales factores decisivos para mí al venir a la Universidad de Duke.

Aravind Asokan, PhD
Departamentos de Cirugía, Genética Molecular y Microbiología
Director de Terapia Génica, División de Ciencias Quirúrgicas, Cirugía

Este es un momento increíblemente emocionante para la terapia génica. Nuestro laboratorio se enfoca en comprender los virus no patógenos y manipularlos para que puedan administrar terapias a diferentes tejidos del cuerpo. Estamos particularmente interesados ​​en aplicar estos virus diseñados para terapia génica. El fundamento de la terapia génica es que la causa fundamental de muchas enfermedades se encuentra a nivel genético. Independientemente de la modalidad que esté buscando, ya sea el reemplazo de genes, la edición de genes o el silenciamiento de genes, esencialmente la terapia génica proporciona las herramientas o la información que va a corregir esa situación, en forma de ADN.

Ya hay un par de productos aprobados con más en el horizonte el próximo año. Estamos al borde de una clase completamente nueva de medicamentos. Las emocionantes preguntas / avances de investigación a largo plazo serán: ¿dónde más podemos usar este enfoque [de terapia génica] más allá de las enfermedades monogénicas? ¿Podemos utilizar estas herramientas virales con éxito para la edición del genoma? En medicina regenerativa, ¿podríamos manipular genéticamente tejidos de interés y luego usarlos para trasplantes en pacientes? ¿Vamos a poder reprogramar los tejidos para que se regeneren?

Estamos tremendamente emocionados de explorar estos nuevos paradigmas y Duke es el lugar para hacerlo. El espectro de oportunidades de investigación, la destacada comunidad científica y la administración visionaria de Duke es inmejorable.

Mihai Azoitei, PhD
Departamento de Medicina

Después de muchos años de investigación, el campo del diseño de vacunas contra el VIH se encuentra en un punto en el que se han identificado vías prometedoras para desarrollar una vacuna eficaz. Por lo tanto, mi trabajo se centra en la ingeniería de inmunógenos que podrían convertirse en parte de una vacuna contra el VIH.

Trabajo en la construcción de proteínas que serán eficaces como vacunas contra el VIH. A pesar de los muchos esfuerzos realizados durante los últimos 30 años, no existe ninguna vacuna que prevenga la infección por VIH. Espero que las moléculas desarrolladas en mi laboratorio y en colaboración con los otros grupos del Instituto de Vacunas Humanas de Duke "entrenarán" al sistema inmunológico para combatir y neutralizar el virus en caso de infección.

Vine a Duke por el excelente entorno científico que fomenta las colaboraciones y proporciona acceso a los recursos necesarios para realizar investigaciones de alto impacto. Mi laboratorio es parte del Duke Human Vaccine Institute, líder mundial en investigación y desarrollo de vacunas, donde los descubrimientos científicos básicos pueden avanzar rápidamente desde el laboratorio hasta la clínica.

Francis Chan, PhD
Departamento de inmunologia

La muerte celular y la inflamación se encuentran en muchas enfermedades humanas. Mi pasión es comprender cómo estos dos procesos están conectados entre sí. Antes de unirme a Duke, mi laboratorio descubrió una forma de muerte celular llamada "necroptosis" que puede estimular poderosamente la inflamación. Creo que este conocimiento no solo es interesante a un nivel básico, sino que también tiene el potencial de conducir a una mejor comprensión de cómo tratamos a los pacientes que padecen diferentes formas de enfermedades inflamatorias.

En los últimos años, ha habido numerosos informes que implican a la necroptosis en enfermedades inflamatorias de todos los orígenes de tejidos y órganos. Estos hallazgos apuntan a una gran promesa para comprender cómo tratar mejor estas enfermedades en la clínica. Sin embargo, un enfoque terapéutico eficaz requerirá una comprensión integral de los mecanismos moleculares que regulan la necroptosis. Ésta es el área en la que esperamos generar el mayor impacto y contribución.

Las compañías farmacéuticas tienen un gran interés en buscar inhibidores de la necroptosis como agentes terapéuticos para enfermedades inflamatorias, incluidas las enfermedades inflamatorias del intestino y la artritis reumatoide. La solidez de la investigación clínica y traslacional en Duke lo convierte en un lugar atractivo para fusionar nuestro programa de investigación básica con una investigación más relevante desde el punto de vista clínico.

Sherika Hill, Doctora en Filosofía
Departamento de Psiquiatría y Ciencias del Comportamiento

Este es un momento emocionante para estudiar los factores biopsicosociales relacionados con la salud mental y el bienestar de los adolescentes porque ya no es prohibitivo realizar estudios genéticos y epigenéticos de genoma completo a gran escala. Además, existe una gran cantidad de datos genómicos humanos disponibles a través de bases de datos públicas gratuitas.

Dentro de este espectro, estoy cultivando una agenda de investigación que busca comprender el desarrollo de la psicopatología posterior y las enfermedades crónicas en la adolescencia con base en la exposición al estrés o trauma pediátrico temprano. En particular, tengo curiosidad por saber cómo estas experiencias adversas se correlacionan con los marcadores epigenéticos, como la metilación del ADN y el envejecimiento biológico acelerado, que pueden alterar los procesos biológicos normales y dar como resultado signos vitales clínicos mensurables que incluyen sobrepeso / obesidad y presión arterial elevada. A su vez, estos indicadores clínicos de resultados deficientes o progresivamente peores a lo largo del tiempo aumentan sustancialmente el riesgo de afecciones crónicas de salud física y mental. Examinar estos factores de manera longitudinal y prospectiva desde el nacimiento es esencial tanto para las estrategias preventivas como para las intervenciones clínicas oportunas.

Elegí venir a Duke debido a su compromiso con la investigación innovadora, interdisciplinaria y colaborativa para promover una infancia saludable al unir la atención clínica, las ciencias básicas, las ciencias sociales, la informática y las políticas.

Annette Jackson, Doctora en Filosofía
Departamento de Cirugía

El sistema inmunológico tiene la capacidad de discriminar proteínas como propias y no propias para proteger al cuerpo de las infecciones. Aproximadamente un tercio de los pacientes en listas de espera para trasplantes han generado respuestas inmunitarias de anticuerpos a proteínas no propias como resultado de la exposición a transfusiones de sangre, embarazos o trasplantes previos. Estos anticuerpos pueden evitar que un paciente encuentre un donante aceptable o, si el paciente es trasplantado, estos anticuerpos pueden reducir significativamente la supervivencia a largo plazo del órgano trasplantado. El Centro de Trasplantes de Duke ha identificado una nueva estrategia de tratamiento que silencia estas respuestas de anticuerpos y tiene el potencial de crear vías seguras y exitosas para el trasplante para muchos pacientes en la lista de espera. Aprovechando mi experiencia previa en Johns Hopkins, desarrollaremos algoritmos para monitorear la eficacia de este nuevo tratamiento, ayudaremos en la selección de donantes para evitar la memoria inmunológica y utilizaremos nuevas herramientas de monitoreo inmunológico postrasplante para identificar los primeros signos de rechazo.

La iniciativa Translates Duke Health ha reclutado a un prestigioso grupo de médicos e investigadores de trasplantes en el Duke Transplant Center con el objetivo de desarrollar estrategias innovadoras para mejorar las tasas de trasplante y la longevidad de los órganos trasplantados. Quería ser parte de este equipo de élite para traer nuevas herramientas moleculares, serológicas y bioinformáticas a la práctica médica actual y personalizar las estrategias de monitoreo inmunológico para reducir la incidencia de rechazo y mejorar la supervivencia a largo plazo de los trasplantes.

El liderazgo dentro de la Facultad de Medicina de la Universidad de Duke ha creado oportunidades para impulsar la investigación interdisciplinaria y facilitar la traducción del descubrimiento de la ciencia básica en mejoras en la salud humana. Al hacerlo, estamos mejorando la calidad de vida de los receptores de trasplantes y creando un sentido de esperanza y seguridad para sus familias y seres queridos.

Xunrong Luo, MD, PhD
Departamento de Medicina

Es un momento emocionante para trabajar en la investigación de trasplantes. Mi principal objetivo de investigación es comprender y encontrar formas de controlar las respuestas inmunitarias del cuerpo contra los órganos trasplantados, de modo que la inmunosupresión de por vida en los receptores de trasplantes de órganos ya no sea necesaria. En última instancia, nuestra investigación identificará las necesidades individuales para controlar dichas respuestas inmunitarias, de modo que las estrategias para minimizar y / o eliminar la inmunosupresión para cada receptor de trasplante individual puedan predecirse con precisión y personalizarse de manera óptima.

Los últimos 50 años de trasplantes clínicos e investigaciones relacionadas ya han construido una base sólida y una plataforma madura de la que ahora pueden surgir innovaciones. Los rápidos avances en las tecnologías han hecho posible ahora obtener y archivar detalles histológicos, celulares y moleculares altamente granulados de la inmunobiología del trasplante a niveles individuales. Nuestra capacidad de análisis computacional de grandes bancos de datos también avanza rápidamente y está sentando las bases para procesar conjuntos de datos de alta dimensión y derivar algoritmos complejos para individualizar las opciones de tratamiento para los receptores de trasplantes. Por lo tanto, con los recursos necesarios y colaboraciones fluidas, estamos entrando en una nueva era emocionante de trasplantes personalizados.

Mi decisión de volver a Duke es doble. Primero, obtuve mis títulos de posgrado y médicos de Duke en la década de 1990. Por lo tanto, Duke es verdaderamente la institución que me entrenó para ser el médico científico que soy hoy. Con mis últimos 20 años de experiencia en investigación clínica y básica de trasplantes, siento que ha llegado el momento de regresar a Duke para contribuir con mi conocimiento y experiencia al avance de la misión académica de Duke. En segundo lugar, Duke cuenta con los principales expertos del país en cirugía de trasplantes, nefrología, patología e inmunología, todos los cuales forman la base de la red de colaboración para mi investigación. Al integrarnos en una red de colaboración de este tipo con su experiencia colectiva, estamos perfectamente posicionados para acelerar los descubrimientos científicos en el trasplante y para traducir las innovaciones científicas en la práctica clínica del trasplante.

Ashley Moseman, Doctora en Filosofía
Departamento de inmunologia

Esperamos aprender cómo la defensa de la barrera olfativa hace malabarismos con su requisito de proteger el cerebro, pero también huele de manera eficiente. Además, estamos interesados ​​en comprender mejor cómo el cerebro y el sistema hematopoyético a veces pueden trabajar de manera cooperativa para eliminar las infecciones del cerebro, y otras veces fallan. Mi objetivo es comprender los mecanismos que utilizan los patógenos para romper la barrera olfativa, cómo las células inmunes trabajan en conjunto con las células parenquimatosas del epitelio olfatorio para formar una barrera y cómo esta barrera puede verse comprometida. Una vez que la barrera olfativa se ha visto comprometida, los patógenos pueden acceder al sistema nervioso central (SNC).

La Facultad de Medicina ha invertido en un microscopio multifotónico intravital de última generación que nos permitirá visualizar las interacciones celulares dentro del SNC de los animales vivos. En particular, este microscopio permitirá a nuestro grupo comprender mejor las interacciones huésped-patógeno que impulsan las enfermedades del sistema nervioso central, como la PAM. Nuestra esperanza es que la comprensión de los mecanismos anatómicos básicos de la comunicación entre el olfato y el SNC y la función de barrera tenga implicaciones para una serie de enfermedades humanas, incluidas las enfermedades infecciosas, la neurodegeneración y las terapias contra el cáncer.

La tecnología de secuenciación de ARN unicelular nos brinda la capacidad de recopilar enormes cantidades de información sobre poblaciones de células que no hubiéramos podido descifrar sin años de conjeturas y trabajo. Estos conjuntos de datos generan bases genómicas casi ilimitadas para la investigación impulsada por hipótesis. Además, la biología de sistemas y la capacidad de convertir conjuntos de datos masivos en conjuntos de datos viables está transformando la investigación básica. En Duke, en particular, existe un gran apoyo para la colaboración interdisciplinaria que fomenta oportunidades para que diferentes especialistas presenten ideas que normalmente ni siquiera habían considerado.

Duke, obviamente, tiene una reputación de excelencia. Uno de los grandes atractivos fue la naturaleza relativamente centralizada de las instalaciones de investigación médica. En algunas instituciones, los departamentos hospitalarios y clínicos están bastante separados físicamente de los campus universitarios y de posgrado. Pero la estrecha proximidad de las cosas en Duke fue atractiva porque obviamente es más fácil encontrar e interactuar con colaboradores cuando estás cerca. El vigor juvenil que encuentras en Duke y Durham ha sido exactamente lo que estábamos buscando.

John Pearson, doctorado
Departamento de Bioestadística y Bioinformática

Me interesan los datos. Más específicamente, estoy interesado en qué datos pueden decirnos sobre cómo funciona el cerebro y cómo nuevas formas de ver esos datos pueden dar lugar a nuevas teorías y sugerir nuevos experimentos. Mi laboratorio trabaja en nuevos métodos de análisis de datos de neurociencia, desde la dinámica de la interacción social hasta la visión en la retina.

La cantidad de datos recopilados por los investigadores de neurociencias está creciendo exponencialmente. El aprendizaje automático está constantemente en las noticias y gran parte de la publicidad está justificada. La Iniciativa BRAIN comenzó con el presidente Obama en 2013 con el ambicioso objetivo de registrar la actividad de cada célula del cerebro, pero el verdadero desafío es qué hacer con esa información cuando la tengamos. Mi objetivo es proporcionar herramientas matemáticas y computacionales que ayuden a los experimentadores a probar mejor las nuevas ideas, ya sea analizando datos en tiempo real o entendiendo comportamientos ricos y complejos.

Vine a Duke para mi formación postdoctoral. Decidí quedarme en Duke porque mi familia ama Durham y porque Duke ofrece un hogar real para el tipo de investigación interdisciplinaria que hace mi laboratorio. Estoy en un departamento cuantitativo de la facultad de medicina, pero mi laboratorio está ubicado directamente entre los neurocientíficos cognitivos y los neurobiólogos. Eso no sería posible en muchos otros lugares.

Derek Southwell, MD, PhD
Departamento de neurocirugía

Me interesa comprender cómo se desarrollan las células cerebrales (neuronas) durante los primeros años de vida y cómo su disfunción da lugar a enfermedades. También estoy estudiando el trasplante de neuronas como tratamiento prospectivo para enfermedades y lesiones del sistema nervioso.

Los avances en imágenes, fabricación de dispositivos e informática han permitido a los neurocientíficos medir y caracterizar la función cerebral en numerosas dimensiones. Ahora podemos observar los componentes celulares microscópicos del cerebro en acción, tanto individualmente como en grandes agregados de miles o millones de células. Estamos empezando a comprender cómo los patrones de actividad celular representan lo que vemos y oímos, y cómo dan lugar a nuestros movimientos, habla y estados de ánimo. Este conocimiento tiene el potencial de mejorar drásticamente la atención médica de los pacientes con trastornos y lesiones neurológicos. Como médico con un gran interés en la neurociencia, mi intención es ver que la promesa de esta investigación se haga realidad para los pacientes.

Se necesitan importantes recursos e inspiración para realizar una investigación traslacional. A través de TDH, Duke dirige sus puntos fuertes en ciencia e ingeniería hacia el desarrollo de terapias clínicas transformadoras. Uno de mis objetivos profesionales es promover la atención al paciente a través de la neurociencia traslacional, y Duke es una de las pocas universidades que realmente puede apoyar este tipo de trabajo.

Neil Surana, MD, PhD
Departamentos de Pediatría, Genética Molecular y Microbiología

El trabajo de los últimos 15 años ha demostrado una clara asociación entre la microbiota humana (los billones de bacterias, virus, hongos y arqueas que viven dentro y sobre cada uno de nosotros y superan en número a las células humanas en al menos 10 veces) y una variedad de diferentes estados de enfermedad, que van desde la enfermedad inflamatoria intestinal hasta la enfermedad de Parkinson y el cáncer. El campo de la investigación del microbioma ha logrado grandes avances en la catalogación de la microbiota "normal", y ahora se encuentra al borde de la capacidad de tratar la base fundamental de muchas enfermedades. Dado su supuesto papel central en la conducción de la patogénesis de la enfermedad, se considera que la microbiota representa un tesoro de terapias sin explotar.

Mi investigación busca comprender cómo la microbiota influye en la susceptibilidad a las enfermedades inflamatorias.Más específicamente, busco identificar y caracterizar bacterias "sanas" que puedan modular el sistema inmunológico, con el objetivo final de trasladar estas bacterias y / o sus productos a la práctica clínica para tratar diversas afecciones inflamatorias y autoinmunes.

Duke es ampliamente conocido como una potencia clínica, y también tiene una fuerza creciente en la investigación relacionada con el microbioma que está respaldada por la reciente llegada del Duke Microbiome Center. Dado mi interés por trabajar en los aspectos traslacionales del microbioma, la decisión de venir a Duke fue fácil. Mi esperanza es poder contribuir a la polinización cruzada de ideas entre el mundo clínico y el de la ciencia básica para, en última instancia, acelerar el desarrollo de terapias basadas en la microbiota.

Andrew West, doctorado
Departamento de Farmacología y Biología del Cáncer

Los últimos 20 años de investigación han identificado la acción crítica de unas pocas proteínas en las enfermedades neurodegenerativas más comunes, y las herramientas están disponibles para probar si estas proteínas son tan importantes como creemos que son en la progresión de la enfermedad. Muchos de nosotros somos optimistas de que pronto la enfermedad de Parkinson y la enfermedad de Alzheimer se convertirán en problemas del pasado.

Nuestro laboratorio se centra en los mecanismos que subyacen a las enfermedades neurodegenerativas y las terapias experimentales que pueden ralentizar o detener la progresión de la enfermedad. Elegí venir a Duke porque ofrece una infraestructura de investigación sustancial y un entorno colaborativo multidisciplinario.


Las vacunas son una importante herramienta de política sanitaria y han cambiado la historia de las enfermedades infecciosas. En los últimos años ha aumentado el número de vacunas inyectadas a los lactantes y muchas dosis se administran durante el primer año de vida, cuando el sistema inmunológico y el sistema nervioso central aún no han completado su desarrollo. Además, el sistema inmunológico y el cerebro están unidos de por vida, dependiendo el uno del otro en la enfermedad y en la salud [1]. Además, al mismo tiempo, cada desafío inmunológico es un desafío para el cerebro y cada vacunación es un desafío para ambos. A cada inyección de vacuna, independientemente del tipo, le sigue la producción de cantidades variables de citocinas proinflamatorias, que ejercen efectos tanto locales como a distancia del lugar de producción.

Dado que las citocinas periféricas, producidas después de la inyección de las vacunas, pueden llegar al sistema nervioso central, hemos planteado la hipótesis, en nuestro artículo reciente [2], que estas citocinas pueden tener efectos sobre la microglía (macrófagos del sistema nervioso central ). La microglía es la principal respuesta a un desafío inmunológico y la principal productora de citocinas y quimiocinas dentro del cerebro. La activación microglial es el evento celular inicial que ocurre durante la neuroinflamación aguda [3]. Además, el momento de un desafío inmunológico del desarrollo puede ser crítico para determinar los resultados a largo plazo en el cerebro y el comportamiento [4], ya que la función cognitiva y la función inmunológica están indisolublemente ligadas [1].

Dado que los eventos adversos (EA) posvacunación están relacionados con el diferente período de la vida (infancia o adolescencia), y con las diferentes áreas nerviosas involucradas (cerebro o médula espinal) en este artículo trataremos la forma regresiva de los TEA y Presentamos nuestra hipótesis de un nuevo síndrome inflamatorio posvacunación desencadenado por las vacunas contra el VPH. En nuestra discusión solo nos manejaremos con biología molecular y nuestro trabajo no es apto para comparaciones inverosímiles con estudios epidemiológicos sobre vacunas. En este caso, nuestra tarea será describir la plausibilidad biológica que vincula las inyecciones de vacunas con estas dos entidades clínicas. Por tanto, también procederemos a la revisión de la literatura científica específica publicada sobre los dos temas para encontrar la evidencia que sustente nuestra hipótesis científica.


Introducción

El accidente cerebrovascular es una de las principales enfermedades que amenazan la salud física y mental, con las características de alta morbilidad, mortalidad, tasa de discapacidad y tasa de recurrencia, y representa una pesada carga para las familias y la sociedad (1). El ictus se divide en dos tipos, a saber, ictus isquémico (infarto cerebral) y ictus hemorrágico (hemorragia cerebral), de los cuales el 85% es ictus isquémico. La isquemia cerebral puede provocar una lesión cerebral secundaria y muerte neuronal, produciendo mediadores inflamatorios y provocando inflamación en el tejido cerebral (2).

Después de la isquemia-reperfusión cerebral, las especies reactivas de oxígeno (ROS) provocan la ruptura inicial de la barrera hematoencefálica (BBB) ​​al regular al alza los mediadores inflamatorios y activar las metaloproteinasas de la matriz (MMP). La ruptura inicial de la BBB ocurre dentro de las 3 h posteriores al inicio del accidente cerebrovascular y se acompaña de edema vasogénico. La destrucción de la BHE inducida por un accidente cerebrovascular promueve la migración de células inmunitarias al cerebro (3). La lesión cerebral aguda provoca la liberación de patrones moleculares asociados al daño (DAMP) y el contenido de las neuronas moribundas y necróticas en el entorno extracelular y, posteriormente, desencadena una intensa respuesta inmune innata que involucra microglia y leucocitos infiltrantes (4). El accidente cerebrovascular isquémico da como resultado una expresión regulada al alza de la integrina en la superficie de los leucocitos y de las moléculas de adhesión correspondientes en el endotelio. Los leucocitos se envuelven alrededor del endotelio vascular antes de ser activados por las quimiocinas. Posteriormente, los leucocitos se adhieren firmemente al endotelio y sufren diapédesis transcelular o paracelular a través de la capa endotelial (5). En las primeras etapas de la isquemia cerebral, los leucocitos son reclutados por moléculas de adhesión celular expresadas en las células endoteliales y entran en el parénquima en una etapa posterior. El reclutamiento de leucocitos, incluidos neutrófilos, monocitos y linfocitos, es un proceso continuo y tiene un impacto significativo en la patogenia de la lesión cerebral isquémica (6).

La microglía en el sistema nervioso central (SNC) y las células inmunitarias periféricas, incluidos los monocitos / macrófagos, neutrófilos y linfocitos derivados de la sangre, se reclutan en el hemisferio cerebral isquémico que induce una respuesta inflamatoria (4, 7). La cascada inflamatoria en el tejido cerebral podría acelerar, expandir o retrasar, aliviar la lesión cerebral isquémica (8). Hay dos fuentes principales de macrófagos que se infiltran en el tejido cerebral isquémico después de un accidente cerebrovascular: macrófagos derivados de microglia (MiDM) y macrófagos derivados de monocitos (MoDM). La microglía se origina a partir de la migración y diferenciación de los macrófagos durante la hematopoyesis primitiva del saco vitelino fetal, y residen en el cerebro en la etapa temprana del desarrollo fetal y mantienen la capacidad de proliferación durante el desarrollo posnatal. Por el contrario, los progenitores de granulocitos y monocitos son los precursores de los macrófagos durante el desarrollo y la edad adulta (9). Después del accidente cerebrovascular isquémico, los monocitos periféricos migran a través de la BHE al cerebro isquémico bajo la acción de quimiocinas y moléculas de adhesión celular. Por lo tanto, una serie de cambios de los macrófagos después del accidente cerebrovascular y sus efectos sobre la progresión de la enfermedad son extremadamente complejos.

En esta revisión, discutiremos el papel de diferentes tipos de células inmunes en las respuestas inflamatorias secundarias después de un accidente cerebrovascular. Nos centramos en los diferentes fenotipos y funciones de los macrófagos en el accidente cerebrovascular isquémico y presentamos brevemente la terapia anti-isquemia cerebral dirigida a los macrófagos.


Explicación de la inflamación

Nuestra comprensión de la inflamación se remonta al siglo I, cuando el escritor médico romano Aulus Cornelius Celsus describió las cuatro características cardinales de la inflamación: calor, hinchazón, dolor y enrojecimiento. Una quinta característica, la pérdida de función, fue añadida a finales de siglo por el investigador médico griego Galeno. Ya sea que se golpee el dedo del pie, se queme un dedo o sea golpeado por el coronavirus, su cuerpo envía una avalancha de células inmunes a la escena, donde devoran bacterias, virus, células muertas y escombros.

Eduardo Marbán, MD, PhD
Director Ejecutivo, Smidt Heart Institute Mark Siegel Family Foundation Distinguished Chair

Los glóbulos blancos llamados neutrófilos se apresuran al área para combatir las infecciones (constituyen pus). Las células sanguíneas llamadas monocitos se instalan dentro del tejido. Y las células llamadas macrófagos (que significa "grandes comedores" en griego) comienzan a liberar compuestos llamados citocinas, que luego hacen sonar la alarma para recibir refuerzos. Pronto, tropas de células inmunes inundaron el sitio, destruyendo invasores extraños y tejido dañado en igual medida. Una vez que todos los patógenos son aniquilados y las últimas tropas de citocinas atacan, el proceso inflamatorio retrocede y da paso a la curación.

"La inflamación es en gran medida el mecanismo de defensa del cuerpo contra cosas que no deberían estar en el cuerpo", dice Eduardo Marbán, MD, PhD, director ejecutivo del Smidt Heart Institute. "Pero al igual que con cualquier sistema de defensa complicado, cualquier paso en falso puede conducir a un fuego amigo." a la diabetes y los casos graves de COVID-19.

Por lo general, la inflamación permite a nuestro cuerpo combatir bacterias, virus y otras toxinas. Pero si esa respuesta inmunitaria continúa sin control, incluso después de que la amenaza haya pasado, el sistema inmunológico puede activar el tejido sano. "Tenemos que encontrar una manera de atacar la inflamación para bloquear sus efectos dañinos sin interferir con los efectos beneficiosos", dice Prediman K. Shah, MD, director del Centro de Investigación de Aterosclerosis Oppenheimer en el Smidt Heart Institute.

Es ese tipo de inflamación implacable y dañina lo que está captando la atención de los científicos y del público. Los protocolos de estudio y los titulares de las noticias se centran cada vez más en los efectos nocivos de la inflamación crónica. Sacude los depósitos de colesterol en nuestras arterias, aumentando el riesgo de ataques cardíacos. Engulle las células nerviosas sanas del cerebro, lo que provoca la pérdida de memoria y la enfermedad de Alzheimer. Incluso puede estimular el crecimiento y el desarrollo de las células cancerosas. La inflamación, como resulta, podría ser el motor que impulsa las enfermedades más temidas, incluido el COVID-19.

Llegar al corazón de la enfermedad

En la década de 1800, un patólogo alemán llamado Rudolf Virchow sugirió que la aterosclerosis era una enfermedad inflamatoria. “La idea se perdió en la traducción”, dice Shah. "Es decir, hasta que nos dimos cuenta de que la acumulación de colesterol y la posterior activación de las cascadas inflamatorias dentro del cuerpo son en realidad lo que daña más las arterias y los órganos, ya sea el corazón, el cerebro u otros tejidos".

El sistema inmunológico ve la acumulación de placa en las arterias como un invasor extraño y envía células inmunes y otras moléculas a la escena del presunto crimen. Sin embargo, en lugar de curarse, las células quedan atrapadas dentro de las placas. Es probable que la inflamación crónica pueda hacer que estas placas sean más vulnerables a romperse.

“Solíamos pensar que la aterosclerosis era realmente como la acumulación de óxido en una tubería, un proceso pasivo que resulta de los depósitos de colesterol en la arteria”, dice Shah. "Ahora sabemos que hay un componente activo en la acumulación de placa que involucra al sistema inmunológico y que en realidad orquesta la evolución de la placa, su progresión y su eventual desestabilización".

La inflamación puede hacer que el colesterol LDL (el tipo "malo") se adhiera a las paredes arteriales, lo que a su vez hace que las placas se vuelvan inestables e incluso estallen, lo que genera coágulos que cortan el suministro de sangre al corazón. Por supuesto, una vez que ocurre un ataque cardíaco, las células inflamatorias entran para limpiar los escombros. El cuerpo tiene que lograr un equilibrio perfecto entre limpiar el tejido muerto y producir una curación normal, no excesiva.

Moshe Arditi, MD
Director, Centro de Investigación Traslacional de Enfermedades Infecciosas e Inmunológicas Director Académico, División de Enfermedades Infecciosas Vicepresidente Ejecutivo de Investigación, Departamento de Pediatría GUESS? / Presidente del Gremio de Industrias de la Moda en Salud Infantil Comunitaria

Resulta que evitar las infecciones podría ser la clave para prevenir una gran cantidad de enfermedades.

"Las personas que tienen enfermedad de las encías, infecciones pulmonares crónicas y enfermedades inflamatorias, incluso enfermedades inflamatorias autoinmunes, como la artritis reumatoide y el lupus, tienen un mayor riesgo de desarrollar enfermedades del corazón", dice Moshe Arditi, MD, director de Translacional de Trastornos Infecciosos e Inmunológicos. Centro de Investigación. "Incluso una infección leve, como la influenza, puede empeorar las cosas para las personas que tienen placas coronarias".

El motivo, sospecha, es que sus cuerpos ya se encuentran en un estado inflamatorio. Y puede funcionar en ambos sentidos. Una infección inicial puede desencadenar una inflamación crónica que está relacionada con todo tipo de enfermedades, incluida la enfermedad inflamatoria intestinal, la enfermedad de Alzheimer y el cáncer.

Los científicos están trabajando duro para idear una forma de bloquear las moléculas que inducen la inflamación. La esperanza, por supuesto, es que algún día puedan recetar un medicamento que evite que los procesos inflamatorios tomen un giro peligroso. Hasta cierto punto, una clase de medicamentos llamados estatinas ya juega ese papel. “Además de reducir el colesterol, estos medicamentos también funcionan para reducir la inflamación, por lo que es una vía dual”, dice Arditi.

Los estudios muestran que la aspirina también no solo puede proteger contra los ataques cardíacos, sino que también puede desempeñar un papel protector en el cáncer de colon y la enfermedad de Alzheimer al reducir la inflamación en el tracto digestivo y el cerebro. Los factores del estilo de vida, como la dieta, el ejercicio y el sueño suficiente, también controlan los procesos inflamatorios. Por lo tanto, no es de extrañar que estos mismos factores de estilo de vida puedan ayudar a frenar la tasa del segundo asesino más común de la nación: el cáncer.

Los científicos ahora piensan que la mutación y la inflamación son procesos que se refuerzan mutuamente y que pueden transformar las células normales en tumores mortales. "La inflamación de bajo nivel alimenta las células cancerosas, animándolas a crecer, prosperar y proliferar", explica Neil Bhowmick, PhD, director del Programa de Biología del Cáncer en el Samuel Oschin Comprehensive Cancer Institute.

Gran comunicador

El sistema inmunológico del cuerpo actúa como un guardián, detectando las fuentes de daño y eliminándolas antes de que puedan causar daño. La inflamación es el mensajero del sistema inmunológico, que comparte información entre los sistemas de órganos, incluida una de las áreas más sensibles y sensibles: el intestino.

Suzanne Devkota, Doctora en Filosofía
Director, Investigación de Microbioma, Instituto de Investigación de Inmunobiología e Intestino Inflamatorio de la Fundación F.Widjaja

"La red inmunológica más grande del cuerpo reside en el intestino", dice Suzanne Devkota, PhD, directora de investigación de microbiomas en el Instituto de Investigación de Inmunobiología e Intestino Inflamatorio de la Fundación F. Widjaja. Como tal, el cerebro y el intestino envían señales de un lado a otro, haciendo sonar una alarma cuando sienten una amenaza. “Resulta que el microbioma intestinal, es decir, los billones de microorganismos que viven dentro de nosotros y en nuestra piel, afecta profundamente ambas respuestas inmunes. Creemos que también afecta la función cerebral & quot.

Como guardias de seguridad en las puertas del sistema digestivo, el papel del sistema inmunológico es permitir que los buenos (como vitaminas, minerales, proteínas y ácidos grasos) entren en el cuerpo y que los malos (como toxinas y otros patógenos) se conviertan en lejos.

"Nuestro tracto gastrointestinal es esencialmente un tubo hueco desde la boca hasta el ano, por lo que nuestros cuerpos tienen la forma de una rosquilla", dice Devkota. “Eso significa que el intestino está igualmente expuesto al exterior de nuestro cuerpo como al interior, y ve primero toda la exposición al exterior. Por lo tanto, tiene sentido que la inflamación sistémica probablemente se origine en el intestino ''.

Cuando el intestino funciona bien, las toxinas no pueden atravesar las células intestinales y sus uniones estrechas. En un tracto digestivo sano, los glóbulos blancos ni siquiera ven a los invasores. Pero si demasiadas bacterias malas se infiltran en el intestino y el equilibrio entre bacterias buenas y malas está fuera de control, el revestimiento del tracto digestivo puede dañarse, aflojando esas uniones que alguna vez estuvieron estrechas.

"Pero si cuidamos nuestro intestino comiendo una diversidad de alimentos integrales, especialmente frutas y verduras ricas en fibra, y evitando antibióticos innecesarios, podemos potencialmente retrasar o evitar la inflamación sistémica".

Con la barrera intestinal que separa a los microorganismos del resto del cuerpo está comprometida, las partículas, toxinas y bacterias pueden ingresar al torrente sanguíneo y causar más daño. Esa ruptura del revestimiento intestinal del intestino hace que el sistema inmunológico se acelere al intentar eliminar a los invasores extraños, lo que puede provocar una inflamación generalizada que causa estragos en todos los sistemas de órganos del cuerpo.

"Pero si cuidamos nuestro intestino comiendo una diversidad de alimentos integrales, especialmente frutas y verduras ricas en fibra, y evitando antibióticos innecesarios, podemos potencialmente retrasar o evitar la inflamación sistémica", dice Devkota. En teoría, eso significa que también podemos hacer mella en la incidencia de enfermedades que afectan el corazón, los pulmones, las articulaciones y el cerebro.

Al igual que el intestino, el cerebro tiene un guardián para evitar que las toxinas accedan al tejido sano. Llamada barrera hematoencefálica, actúa como una barricada física mientras las células llamadas microglia viajan a través del cerebro para vigilar un posible peligro. Si el cerebro se enfrenta a la enfermedad de Parkinson, la enfermedad de Alzheimer o incluso una infección como COVID-19 que vierte proteínas inflamatorias en la sangre, la microglía reacciona.

Con la enfermedad de Alzheimer, por ejemplo, el sistema inmunológico asume erróneamente que las placas y los ovillos de la enfermedad deben eliminarse, por lo que reacciona de forma exagerada y envía citocinas inflamatorias que dañan el cerebro. Desafortunadamente, las células cerebrales sanas pueden quedar atrapadas en un fuego amigo. Al igual que las placas que se acumulan en las paredes de los vasos y comienzan a producir proteínas inflamatorias, el influjo de proteínas tóxicas en el cerebro transforma la microglía protectora en células parecidas a enfermedades.

"En lugar de proteger las células cerebrales sanas, estas microglías asociadas a la enfermedad comienzan a bombear altos niveles de proteínas inflamatorias que exacerban los procesos neurodegenerativos", dice Maya Koronyo, PhD, científica investigadora de la enfermedad de Alzheimer y neuroinmunología. "Es por eso que abordar la neuroinflamación en las primeras etapas del proceso de la enfermedad es clave para combatir la enfermedad".

La idea es devolver la microglía asociada a la enfermedad a su estado protector. Luego, esas microglías sanas pueden comunicarse con otras células del cuerpo de que la amenaza ha pasado, restaurando finalmente el flujo sanguíneo a los vasos que alguna vez estuvieron enfermos, en una especie de efecto positivo de bola de nieve.

"Lo que necesitamos es un enfoque de múltiples objetivos para fortalecer los tipos de células que son protectoras y eliminar algunas células que podrían ser demasiado reactivas", dice Koronyo.

Ilustración: Jason Holley


Tráfico de células inmunes en el sistema nervioso central

1 División de Ciencias Biomédicas, Universidad de California, Riverside, California, EE. UU. 2 Instituto Centenario de Medicina del Cáncer y Biología Celular, Newtown, Nueva Gales del Sur, Australia. 3 Departamento de Patobiología, Facultad de Medicina Veterinaria, Universidad de Pensilvania, Filadelfia, Pensilvania, EE. UU.

Envíe la correspondencia a: Emma H. ​​Wilson, División de Ciencias Biomédicas, Universidad de California, Riverside, Riverside, California 92521, EE. UU. Teléfono: 951.827.4328 Fax: 951.827.5504 Correo electrónico: [email protected]

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El SNC es un entorno privilegiado para el sistema inmunológico, sin embargo, el control local de múltiples patógenos depende de la capacidad de las células inmunitarias para acceder y operar dentro de este sitio. Sin embargo, la inflamación de los distintos sitios anatómicos (es decir, meninges, líquido cefalorraquídeo y parénquima) asociada con el SNC también puede ser perjudicial. Por lo tanto, el control de la entrada y migración de linfocitos dentro del cerebro es vital para regular las respuestas protectoras y patológicas. En esta revisión, se destacan varios avances recientes que brindan nuevos conocimientos sobre los procesos que regulan el acceso y el movimiento de los leucocitos al cerebro.

Las observaciones de Paul Ehrlich a finales del siglo XIX de que los tintes vitales solubles en agua inyectados en la circulación periférica mancharían todos los órganos excepto el cerebro proporcionaron la primera indicación de que el SNC estaba anatómicamente separado del resto del cuerpo (1). Estudios posteriores de Edwin Goldmann, que demostraron que el tinte inyectado en el líquido cefalorraquídeo no manchaba los tejidos periféricos, confirmaron la idea de que el cerebro era un compartimento anatómico único (2). Ahora sabemos que esta característica es consecuencia de la existencia de la barrera hematoencefálica (BHE), que limita el acceso de factores solubles al SNC y restringe el acceso de las células inmunitarias a este sitio (3-5). Combinado con la falta de un sistema linfático obvio, bajos niveles constitutivos de moléculas MHC de clase I y II, producción local de factores supresores y, en el estado normal, un número limitado de células presentadoras de antígenos profesionales, todas estas características reforzaron el concepto de el SNC como un sitio inmunológico privilegiado (6, 7).

El trabajo de Peter Medawar en 1948 sobre el rechazo de injertos proporcionó algunas de las primeras pruebas experimentales que indican que el cerebro podría no ser un sitio inmunológicamente prístino (8). Esos experimentos demostraron que los trasplantes de piel en el cerebro de animales ingenuos no provocaban una respuesta inmunitaria, pero si los animales se expusieran primero a los antígenos del injerto, de modo que las células inmunitarias de la periferia fueran "educadas" de antemano, los injertos serían rechazados. Ahora se aprecia que estos eventos implican la capacidad de una respuesta inmune adaptativa específica del injerto que está preparada en la periferia para acceder al SNC y mediar el rechazo del tejido extraño (9). También es evidente que las células del sistema inmunológico tienen acceso a los tres compartimentos anatómicos distintos (es decir, líquido cefalorraquídeo [LCR], meninges y parénquima del cerebro) que son relevantes para el SNC en circunstancias fisiológicas y estados patológicos. Varias enfermedades neurodegenerativas, físicas e infecciosas se pueden modelar en el ratón, lo que permite el análisis directo de los procesos inflamatorios en el cerebro (Tabla 1) para corroborar las observaciones del análisis de tejido post mortem humano, muestras de LCR y biopsias. Así, la presencia en el cerebro de neutrófilos en el contexto de meningitis bacteriana (10), eosinófilos asociados a helmintos migratorios (11), linfocitos T en la autoinmunidad posvacunal o posinfecciosa del SNC (12) y células plasmáticas (células de Mott). ) durante la enfermedad del sueño africana, que es causada por Tripanosoma spp. (13), ilustran que la inmunidad innata y adaptativa está operativa en este sitio. De hecho, se requieren células inmunes para controlar ciertos patógenos virales, bacterianos, fúngicos y parasitarios que afectan al cerebro. Por ejemplo, infección por el parásito. Toxoplasma gondii conduce a una infección latente en el SNC y las células T son esenciales para su control a largo plazo. Esto se ilustra por el desarrollo de encefalitis toxoplásmica en individuos previamente infectados que adquieren defectos en las funciones de las células T (14). Esto se puede recapitular en modelos experimentales en los que los ratones infectados crónicamente sin células T desarrollan una replicación del parásito descontrolada en el cerebro (15, 16). Se ha demostrado un requisito similar de células inmunes en el SNC para el control de muchos patógenos, incluido el virus JC del poliomavirus humano, que causa leucoencefalopatía multifocal progresiva (17). Cryptococcus spp., que puede causar meningitis y citomegalovirus (18), que puede causar encefalitis. Estos ejemplos ilustran la importancia de la vigilancia inmunológica en el SNC.

Modelado de la inflamación y el tráfico celular en el SNC

Aunque se requiere la capacidad de reconocer infecciones en el SNC para limitar la replicación del patógeno, esta respuesta no siempre es beneficiosa. La presencia de la cubierta ósea rígida del cerebro hace que las características clásicas de una respuesta inflamatoria, como la hinchazón y la expansión, sean una perspectiva peligrosa. De manera similar, el desarrollo de patología asociada con meningitis y / o encefalitis puede conducir a una reducción de la función neuronal y la supervivencia (19, 20). Además, aunque el sistema inmunológico puede contribuir a la resolución exitosa del daño tisular asociado con muchos trastornos del SNC (21, 22), también se reconoce que la inflamación en el cerebro puede contribuir a la patogénesis de múltiples afecciones neurodegenerativas, incluida la enfermedad de Parkinson. , Enfermedad de Alzheimer y enfermedades por almacenamiento lisosómico (23).

Esta asociación de inflamación y eventos adversos puede explicar por qué el cerebro parece regirse por un conjunto único de pautas inmunológicas. Una comprensión clara de estas "reglas" puede informar el diseño de estrategias para aumentar las respuestas inmunitarias protectoras a la infección y, al mismo tiempo, minimizar los daños colaterales. Se aplicarían principios similares a los tumores en el SNC y podrían permitir el diseño de tratamientos racionales que proporcionen un mejor acceso para las células T a este sitio relativamente privilegiado para el sistema inmunológico. Por el contrario, en el caso de afecciones autoinmunes del SNC, como la EM, la estrategia terapéutica ideal mejoraría la respuesta patológica y, al mismo tiempo, permitiría una vigilancia inmunitaria normal.

Las últimas dos décadas han visto avances notables en la comprensión de cómo las células del sistema inmunológico pueden acceder al SNC, y varios estudios recientes han destacado la base para la vigilancia inmunológica de este órgano (24 - 29). Más recientemente, la capacidad de obtener imágenes directamente de células inmunes en el contexto de tejido vivo ha sido posible utilizando microscopía multifotónica. Esta técnica, originalmente utilizada para visualizar la morfología neuronal en el cerebro (30 - 32), ha permitido la observación de poblaciones de células inmunes marcadas con fluorescencia y su comportamiento migratorio e interactivo en órganos linfoides primarios y secundarios, así como en tejidos periféricos, durante la selección tímica. , cebado y activación (33, 34). La obtención de imágenes del cerebro presenta desafíos únicos porque el cráneo impide el acceso directo al tejido, pero los cortes de cerebro y los tejidos explantados pueden mantenerse viables en medios calentados y aireados, y se puede realizar la extracción parcial o el adelgazamiento del cráneo en ratones anestesiados. Estas técnicas han permitido obtener imágenes de células residentes en el SNC (neuronas (30, 32, 35, 36), microglía (37, 38) y astrocitos (28, 39, 40) - en el transcurso de horas y días. Además, la obtención de imágenes de cerebros inflamados y médula espinal ha proporcionado información sin precedentes sobre el comportamiento de las poblaciones de células inmunitarias en el SNC. En esta revisión, discutimos estos avances en el contexto del tráfico y el comportamiento de las células inmunes durante las respuestas inmunitarias protectoras y patológicas en el SNC.

La presencia de BBB, que limita la entrada de células y patógenos al cerebro, además de la falta de linfáticos obvios en el cerebro, indican que hay un número limitado de portales hacia y desde el SNC. Para apreciar las barreras que existen para que las células inmunes accedan al cerebro, es importante reconocer que el cerebro tiene tres membranas: la duramadre (exterior), la membrana aracnoidea (centro) y la piamadre (interior) que encierran la parénquima del SNC (Figura 1). La BHE abarca los capilares y las vénulas poscapilares en el cerebro y la médula espinal y está compuesta de células endoteliales especializadas, unidas por uniones estrechas complejas compuestas por moléculas de adhesión transmembrana que incluyen cadherinas, moléculas de adhesión de la unión, ocludina y claudinas (41, 42). Esta estructura limita el transporte de factores y solutos específicos, incluido & gt98% de anticuerpos y moléculas pequeñas, hacia el parénquima, al tiempo que asegura la salida de otros (7, 43). La estructura de esta barrera endotelial actúa para limitar el tráfico de leucocitos directamente a través de la BBB (44). Es importante destacar que, después de una lesión en el SNC, la activación de las células endoteliales y las células asociadas, como los astrocitos, puede reducir la integridad de la unión estrecha y la formación de canales de células transendoteliales (42, 45, 46), lo que facilita la migración de leucocitos a través y a través del BBB en el cerebro (43, 47, 48). Se cree que la migración de leucocitos al LCR se produce a través del plexo coroideo y al espacio subaracnoideo (que contiene el LCR), y su migración desde la sangre directamente al parénquima cerebral se produce a través de la BBB a través del espacio perivascular (Figura 1). . Además de las diferencias en las propiedades de barrera, la propia vasculatura difiere entre los compartimentos del SNC y esto puede influir en el acceso de las células inmunitarias. Por lo tanto, los capilares de las meninges tienen una estructura simple de una capa, mientras que las vénulas poscapilares del parénquima requieren que las células hagan la transición a través de las membranas basales internas y externas (para revisiones detalladas de estos procesos, véanse las referencias 4, 7, 41, 49). . En las siguientes secciones discutimos las circunstancias y los mecanismos que facilitan el acceso a estos compartimentos específicos.

La estructura del cerebro y las vías de entrada de los leucocitos. Debajo del cráneo se encuentran tres membranas que encierran el parénquima del cerebro: la duramadre, la membrana aracnoidea y la piamadre. Los dos últimos encierran el espacio subaracnoideo. (i) Los leucocitos pueden entrar a través del plexo coroideo, donde el LCR es producido por el epitelio del plexo coroideo en los ventrículos. Luego, el LCR que contiene leucocitos ingresa al espacio subaracnoideo, circula por el cerebro y (ii) sale por el seno venoso para ser reabsorbido por la sangre a través de las vellosidades aracnoideas. (iii) El suministro de sangre al cerebro ingresa en el espacio subaracnoideo sobre la piamadre, generando el espacio perivascular (o espacio de Virchow-Robin). Las ramas arteriales principales se dividen en capilares, que terminan en lo profundo del cerebro y suministran sangre al parénquima. Los leucocitos pueden ingresar potencialmente desde la sangre (iii), lo que requiere que crucen el endotelio vascular estrechamente regulado (es decir, la BHE: la glía limitante, el espacio subaracnoideo y la piamadre). Las células pueden adherirse al endotelio y detenerse en cualquier momento durante este proceso.

Como se destacó anteriormente, existen numerosos patógenos que invaden el SNC y / o establecen una infección latente con el potencial de causar una enfermedad. En consecuencia, existe la necesidad de vigilancia inmunológica, un proceso continuo mediante el cual el sistema inmunológico periférico puede monitorear el cerebro en busca de signos de infección o daño tisular. Esto probablemente sea distinto de los eventos involucrados en el reclutamiento de varias poblaciones inmunes a sitios de infección o inflamación en curso. En el contexto de la vigilancia inmunitaria, el compartimento mejor estudiado es el LCR. El plexo coroideo, que se encuentra en los ventrículos del cerebro (Figura 1), tiene un epitelio secretor que produce el LCR. A diferencia de la BHE, las células endoteliales fenestradas del plexo coroideo carecen de uniones estrechas que normalmente limitarían la diapédesis de los leucocitos. Por lo tanto, aunque las células inmunes todavía tienen que negociar las uniones estrechas del epitelio del plexo coroideo, parece que este sitio está especializado para permitir que los linfocitos accedan más fácilmente al LCR (Figura 2). Instructivamente, la composición de las células inmunes en la sangre y el LCR es diferente. En circunstancias normales, el LCR contiene pocas células inmunitarias innatas, pero un porcentaje mucho mayor de células T CD4 + de memoria o experimentadas con antígenos que la sangre (50, 51). Esta observación sugiere que son estas células las que están específicamente involucradas en la vigilancia inmunológica.

Vigilancia inmunitaria a través del plexo coroideo. El plexo coroideo está compuesto por asas de capilares y piamadre altamente invaginadas que llegan a los ventrículos del cerebro. Las células de la sangre y bajo la influencia de quimiocinas se adhieren, ruedan y diapédesis a través del endotelio capilar fenestrado y la piamadre del plexo coroideo. La membrana basal y las uniones estrechas del epitelio del plexo coroideo proporcionan una barrera adicional, la barrera cerebro-LCR. Estas células epiteliales modificadas (células de Kolmer) tienen microvellosidades bulbosas que secretan el LCR. Los leucocitos infiltrados que migran a través de estas células ingresan a los ventrículos que contienen LCR y circulan por el SNC. La quimiocina CCL20 se expresa en el lado basolateral de las células epiteliales del plexo coroideo, atrayendo células T CD4 + que expresan CCR6. Las quimiocinas y sus receptores que han demostrado estar involucrados en el tráfico de células inmunes al LCR se proporcionan en la Tabla 2.

Las células T activadas regulan positivamente muchas integrinas y moléculas de adhesión, lo que permite que rueden y se adhieran a las paredes de los vasos. Sin embargo, descifrar cuáles de estas moléculas son necesarias para la vigilancia inmunológica es complejo. En este proceso se han implicado múltiples integrinas, receptores de quimiocinas y moléculas de adhesión expresadas en células circulantes y residentes en el SNC (50 - 52). Los candidatos más probables son los que se expresan constitutivamente en el SNC en ausencia de inflamación en curso. Estos incluyen la molécula de adhesión P-selectina (51, 53), las moléculas de adhesión, la molécula de adhesión celular vascular 1 (VCAM1) y la molécula de adhesión intercelular (ICAM1), que se unen al antígeno 4 muy tardío (VLA-4, también conocido como integrina α4β1). ) y la función de linfocitos asociada-1 (LFA-1), respectivamente (54) y las quimiocinas CCL19 y CCL20 (29, 55, 56), todas ellas expresadas constitutivamente por células epiteliales del plexo coroideo (Figura 2). Un estudio reciente sugirió un modelo en el que, como parte de la vigilancia inmunológica normal, las células T CD4 + específicas para la glicoproteína oligodendrocitaria de mielina autoantígeno (MOG) tenían que expresar CCR6, un receptor para CCL20, para un acceso óptimo al LCR antes de que pudieran iniciar encefalomielitis autoinmune experimental (EAE) (29). Sin embargo, otros estudios han indicado que la principal contribución de CCR6 es el cebado de células T CD4 + específicas de mielina en la periferia y que CCR6 no es realmente necesario para que las células efectoras tengan la capacidad de acceder al SNC (57). De manera similar, las células Th1, que se caracterizan por la producción de IFN-γ y son necesarias para la resistencia a múltiples patógenos virales, bacterianos y parasitarios que afectan el SNC, no expresan CCR6 y pueden reclutarse en un sitio de inflamación continua en el sistema nervioso central. SNC independientemente de CCR6 (29). Esto concuerda con los informes de que la mayoría de las células T en el LCR expresan CXCR3, un receptor normalmente asociado con las células Th1 (58, 59). Claramente, se requieren más estudios para determinar si los linfocitos T Th1, Th2 o Th17 específicos de patógenos (o autoantígenos específicos) y / o de memoria central están involucrados en esta ruta de vigilancia inmunológica, así como si existen requisitos de tráfico específicos para Tregs. como mecanismo para limitar la inflamación (60 - 62).

Aunque la capacidad de los linfocitos para entrar en el LCR se ha estudiado en el contexto de la inflamación autoinmune y durante la homeostasis, se han realizado muchos estudios sobre el acceso de las células inmunitarias a las meninges en el contexto de la infección. La inflamación de las meninges se asocia con virus (virus del herpes simple [HSV], virus varicela zoster y VIH), bacterianos (Neisseria meningitidis, Estreptococo spp., Haemophilus spp., y Tuberculosis micobacteriana), hongos (Cryptococcus spp.) y parasitarias (apicomplexa, tripanosomas y amebas) así como con diversas causas no infecciosas como el cáncer o como consecuencia de determinados fármacos o terapia con inmunoglobulinas.

En modelos de ratón de infección por el virus de la encefalomielitis murina de Theilier (TMEV) y el virus de la coriomeningitis linfocítica (LCMV), la inyección intracraneal conduce a la acumulación de leucocitos en las meninges y a una patología fatal (63, 64). Aunque se sabe desde hace mucho tiempo que las células T CD8 + son necesarias para que esto ocurra, recientemente se ha destacado que esto es independiente de su función citolítica, y las imágenes intravitales de este proceso proporcionaron una visión sin precedentes de estos eventos (64). En estos estudios, la provocación intracerebral de LCMV condujo a la infección de células estromales en las meninges y astrocitos adyacentes presentes en el parénquima. Esto a su vez dio como resultado la acumulación en las meninges de células T CD8 + específicas del virus que tenían una baja velocidad migratoria. El bloqueo de las moléculas del MHC de clase I en el espacio subaracnoideo aumentó sustancialmente la velocidad promedio de las células T (de aproximadamente 3 μm / min a aproximadamente 5 μm / min) y disminuyó tanto el tiempo como la proporción de células T que permanecieron estacionarias, lo que sugiere que las células T el comportamiento se vio influido por el reconocimiento de células infectadas dependiente del MHC de clase I. Por tanto, además de las integrinas y las moléculas de adhesión, el reconocimiento de antígenos puede ser un nivel adicional de control requerido para la entrada de células T en el SNC y / o la retención de estas células en ese sitio (28, 65 - 67). Sin embargo, las células T CD8 + específicas de LCMV meníngeas no parecieron detener o formar interacciones a largo plazo asociadas con la destrucción eficaz de CTL de las células diana (26, 68). Más bien, estas células mediaron el reclutamiento de neutrófilos y monocitos a las meninges.Las imágenes de estos eventos revelaron que estas últimas poblaciones cruzaron el endotelio meníngeo en tal número que provocaron la ruptura de la BBB y la fuga vascular, que fue la principal causa de muerte (64, 69). En contraste con la migración aleatoria de células T que aún no han encontrado antígeno (70), el comportamiento de enjambre de neutrófilos y monocitos en la superficie meníngea implicó una migración altamente dirigida, con muchas células aglutinando, localizándose en el espacio subaracnoideo y migrando continuamente sobre la misma zona (64). Se ha descrito un comportamiento similar de los neutrófilos en la periferia durante la inflamación inducida por parásitos, donde los grupos de neutrófilos se asocian con células infectadas (71, 72). Independientemente, en el modelo LCMV, la filtración de la vasculatura se pudo observar después de i.v. inyección de puntos cuánticos fluorescentes y coincidió con la extravasación de neutrófilos. Estos estudios sugieren un modelo en el que las células infectadas, incluidas las células estromales de las meninges y los astrocitos estrechamente asociados debajo de la piamadre, promueven el reclutamiento y la activación de las células T CD8 +, probablemente mediante la liberación de quimiocinas y citocinas. Estos linfocitos activados pueden atravesar las paredes de los vasos meníngeos y encontrar células infectadas, lo que promueve la producción de quimiocinas por parte de las células T y conduce al reclutamiento de neutrófilos y monocitos, que causan fugas vasculares. Eventos similares ocurren durante la infección con el virus de la hepatitis del ratón (MHV) (63) y son consistentes con los datos de que los neutrófilos promueven un deterioro de la integridad vascular en el SNC (73). El comportamiento distintivo de las células T y los neutrófilos en este microambiente sugiere que podría ser posible alterar selectivamente el reclutamiento de poblaciones de células individuales en el SNC para prevenir la patología inmunitaria, sin comprometer las respuestas protectoras de antipatógenos.

Moléculas de adhesión. Se han realizado varios estudios que visualizaron directamente los pasos moleculares que median el acceso de las células T a varios compartimentos asociados con el SNC mediante imágenes de los vasos superficiales en las meninges que están asociados con la médula espinal, así como los vasos piales y las ramas parenquimatosas en un variedad de sistemas modelo (74 - 78). En el contexto de EAE, varios informes han descrito el anclaje inicial y el rodamiento de leucocitos a lo largo del endotelio antes de la adhesión firme (25, 79) y la migración contra el flujo sanguíneo (74). De manera similar, los estudios de microscopía intravital de ratones infectados por HSV han demostrado un aumento de la rodadura y adhesión de leucocitos en la microvasculatura de la piamadre de los ratones infectados (80), y se han identificado comportamientos neutrófilos similares en las meninges durante la infección por LCMV (64). Estas observaciones son consistentes con la idea de que la inflamación en el SNC, ya sea debido a respuestas autoinmunes o infección, conduce a una mayor expresión de moléculas de adhesión en las células endoteliales de la BHE y el plexo coroideo, incluidos los miembros de las moléculas de adhesión celular de la familia selectina de la inmunoglobulina. superfamilia, por ejemplo, ICAM1, VCAM1 y PECAM1 y miembros de la familia de las integrinas (Figura 3) (51, 53, 75, 81 - 83). Este tema se ha revisado ampliamente en otros lugares (41, 49, 76) y, por lo tanto, no se analiza en detalle aquí. Sin embargo, la biología del dímero de integrina VLA-4 (integrina α4β1) y su ligando VCAM1, así como su asociación con el desarrollo de EM y EAE, son particularmente instructivas para pensar en la necesidad de equilibrar el acceso inmunológico al cerebro.

Tráfico de leucocitos a través de la glía limitante hacia el parénquima cerebral. Los leucocitos activados que expresan moléculas de adhesión e integrinas ruedan y se adhieren al endotelio vascular. El éxito de la diapédesis requiere la ligadura apropiada de moléculas de adhesión, selectinas e integrinas, que señalan tanto al leucocito infiltrante como al endotelio cerebral. La expresión de CXCL12 en la superficie basolateral de las células endoteliales recluta células T CXCR4 +. Sin embargo, la retención de células en el espacio perivascular ocurre en presencia de altas concentraciones de CXCL10. La migración continua pone a las células en contacto con la glía limitante, que está compuesta por una pared de astrocitos muy estructurada. Otras señales migratorias positivas, incluidas las quimiocinas, de estas y las células circundantes pueden permitir la migración de leucocitos hacia el parénquima.

Aunque existe controversia en cuanto a si VCAM1 se expresa en la vasculatura humana, el hallazgo de que el bloqueo de las interacciones VLA-4 / VCAM1 retrasó el inicio y / o disminuyó la gravedad de EAE implicó a esta molécula como un objetivo para el tratamiento de la EM (84). . Esto condujo al desarrollo clínico de un anticuerpo monoclonal (conocido como natalizumab) que se dirige a la integrina α4 (un componente de VLA-4). Natalizumab se utilizó con éxito en ensayos clínicos para controlar esta afección (85). Sin embargo, un pequeño número de pacientes tratados con este reactivo desarrollaron leucoencefalopatía multifocal progresiva asociada a la reactivación de la infección latente por poliomavirus JC (20). Esta observación ha ido acompañada de la reciente retirada de un anticuerpo (conocido como efalizumab) que bloquea LFA-1, que se utilizó para el tratamiento de la psoriasis y también provocó la reactivación del poliomavirus JC en el cerebro (86). No está claro si el poliomavirus JC persiste en forma latente en el SNC o si estos eventos son una consecuencia de la reactivación del virus en los tejidos periféricos y su posterior propagación al SNC (87). Sin embargo, informes recientes que detectaron la presencia de JCV en tejido cerebral normal apoyan la noción anterior (88 - 90). Independientemente, también se ha demostrado que el bloqueo de la integrina α4 antagoniza las respuestas inmunitarias protectoras a múltiples patógenos en el cerebro, incluyendo T. gondii (28), encefalitis del SIDA inducida por el virus de la inmunodeficiencia de simios (91) y encefalitis progresiva inducida por el virus de Borna (92). Otras estrategias prometedoras para bloquear el tráfico de células al SNC (77) pueden encontrar problemas similares. A pesar de todas estas posibles complicaciones, el número de eventos adversos asociados con la terapia con natalizumab ha sido menor de lo que podría haberse predicho a partir de estudios en sistemas experimentales, y esta terapia continúa usándose para el tratamiento de la EM. Es importante destacar que estudios recientes que involucran la generación de ratones quiméricos de médula ósea en los que el compartimento hematopoyético carecía de integrina β1 pero conservaba la señalización de integrina α4β7 indicaron que la acumulación de células T en el SNC durante la EAE requería integrina α4β1 pero que la migración de granulocitos y macrófagos hacia el El SNC era independiente de la integrina β1 (93). Estos hallazgos destacan el potencial para controlar el tráfico de poblaciones inmunes específicas y quizás incluso subconjuntos de linfocitos hacia el cerebro.

Tráfico de astrocitos y células inmunes en el parénquima. Los astrocitos proporcionan un componente estructural importante de la BBB (94) y se cree que restringen el acceso de las células inmunes al SNC. Entonces, después de rodar, adherirse y finalmente cruzar las células endoteliales de la BHE y su membrana basal asociada, los leucocitos que migran alcanzan su siguiente barrera, la glía limitante (Figura 3). Esta estructura rodea el vaso sanguíneo, está compuesta por procesos astrocíticos del pie, está unida a la membrana basal por el receptor transmembrana distroglicano y forma su propia membrana basal molecularmente distinta compuesta de laminina, fibronectina y colágeno tipo IV (95, 96). Hay muy pocos estudios que hayan considerado cómo los leucocitos cruzan esta segunda barrera, aunque varios informes han proporcionado evidencia de que la producción de MMP por las células inmunes es necesaria para la escisión del distroglicano y la degradación de la BBB durante la EAE y la neurocisticercosis asociada con la infección por tenia (96, 97).

Los astrocitos reactivos son un sello distintivo de la mayoría de las respuestas inflamatorias en el cerebro y esta activación se corresponde con un mayor número de astrocitos, cambios en su morfología y expresión regulada al alza de la proteína ácida fibrilar glial, una proteína estructural específica de los astrocitos (98). Los estudios seminales de Fontana et al. (99), que sugirió que los astrocitos podrían presentar antígeno a las células T CD4 +, destacó el posible papel de estas células gliales en la respuesta inmune. Aunque la capacidad de los astrocitos para presentar antígeno a través del MHC de clase II sigue siendo controvertida (100), la formación de sinapsis entre los astrocitos y las células T CD8 + específicas de antígeno in vivo es coherente con su capacidad para presentar el antígeno a través del MHC de clase I (101, 102). ). Sin embargo, los astrocitos reactivos se asocian con frecuencia con la migración de células T y actúan como una fuente de múltiples citocinas y quimiocinas durante la inflamación (103), que pueden promover activamente el tráfico de células hacia y dentro del SNC. Sin embargo, en la mayoría de los sistemas experimentales aún no se ha definido cómo estas interacciones afectan la coordinación de las respuestas inmunitarias antimicrobianas.

La posible contribución de los astrocitos a las respuestas inmunitarias dentro del cerebro se ha descrito en varios entornos, incluidos los que implican la sobreexpresión dirigida de citocinas, como TNF, IFN-α, TGF-β, IL-6 e IL-12, por parte de los astrocitos. , que conduce a una inflamación crónica y una neurodegeneración progresiva (104 - 108). Estudios más recientes que analizan ratones en los que la capacidad de los astrocitos para participar en la función inmune se ve comprometida a través de la pérdida específica de un receptor de citocina como gp130 o la señalización reducida de NF-κB, han demostrado que esto altera el curso de las respuestas inmunes en el SNC ( 109 - 112). Por lo tanto, en un modelo de ratón de lesión de la médula espinal, la inhibición específica de astrocitos de NF-κB (que es necesaria para la activación de muchos genes de citocinas) resultó en una reducción en el número de astrocitos reactivos en el SNC, en niveles más bajos de quimiocinas. y en la infiltración reducida de células T y macrófagos (111). En consecuencia, esto condujo a una mejor curación de la médula espinal. Los desafíos futuros incluyen determinar cómo las citocinas individuales, las moléculas de adhesión y las quimiocinas producidas por los astrocitos influyen en el desarrollo de la inflamación y el comportamiento de las poblaciones de células inmunes que se infiltran.

Quimiocinas y migración en el parénquima. Una vez que las células han cruzado todas las barreras de la membrana y han obtenido acceso al parénquima del cerebro, ¿qué señales moleculares guían su migración? Existe una lista extensa de quimiocinas que se expresan constitutivamente o se regulan positivamente en el cerebro durante la inflamación, y las células inmunes infiltrantes expresan una amplia gama de receptores de quimiocinas asociados con la quimiotaxis y / o la función efectora. El uso de ratones que carecen de quimiocinas o receptores de quimiocinas específicos y el tratamiento con antagonistas de estas interacciones ha proporcionado información útil sobre qué interacciones son probablemente importantes en el cerebro. Sin embargo, una de las advertencias planteadas con frecuencia es que esto puede no distinguir entre su papel en el desarrollo de inmunidad frente al tráfico de células al SNC (compare las conclusiones de las refs. 29 y 57). Por ejemplo, la mayor susceptibilidad de los ratones que carecen de CCL3 a la infección viral en el cerebro puede deberse a una mala activación y cebado de las células dendríticas en lugar de a una falla de las células T para transitar y migrar dentro del SNC (113).

Independientemente, la relevancia de las quimiocinas para las células inmunes en el SNC sigue siendo un área de investigación activa y se ha tratado ampliamente en otros artículos (76, 114), por lo que solo proporcionamos un resumen de su función en varios sistemas modelo (Tabla 2). . Sin embargo, es útil destacar la variedad de patologías en las que estas moléculas parecen tener funciones críticas. Los receptores de quimiocinas CCR2 y CCR5, que se expresan en muchos monocitos y células T y, a pesar de las dificultades para detectar estos receptores, en las lesiones de EM (115-117), se han implicado en la inflamación del SNC porque el bloqueo de sus interacciones conduce a una reducción en inflamación en modelos de ratón de desmielinización inmunomediada (118 - 123). Estos hallazgos son ampliamente consistentes con la capacidad de las quimiocinas para mediar en sus actividades a través de la quimiotaxis y la activación de las integrinas (124), pero también pueden tener efectos más complejos sobre el comportamiento celular. La mayoría de las células T que se encuentran en el SNC no inflamado expresan CXCR3 (59), y este receptor se ha implicado en la patología del paludismo cerebral (125, 126) y en el reclutamiento de CTL protectores durante la infección viral (113, 127). Además, el reclutamiento de células T CXCR3 + a neuronas infectadas con el virus del Nilo Occidental se ha atribuido a la producción localizada de CXCL10 por las células infectadas (128). Sin embargo, el papel de CXCR3 y uno de sus ligandos, CXCL10, durante la EAE parece más complejo (60). Durante esta condición autoinmune, la expresión de CXCR3, en lugar de inducir una respuesta quimiotáctica, está implicada en la retención de células autoinmunes y Tregs en el espacio perivascular (60). También está implicado en la retención de células T CD8 + antivirales durante la infección por LCMV (129). De manera similar, CXCL12, el ligando de CXCR4, se expresa constitutivamente en el SNC en la superficie basolateral de las células endoteliales y se regula al alza durante la inflamación neuronal, y la ausencia de señalización de CXCR4 durante la EAE conduce a la acumulación perivascular de células mononucleares en la médula espinal (130 ). Estos estudios sugieren que múltiples quimiocinas regulan el acceso desde el espacio perivascular al parénquima.

Quimiocinas y sus receptores implicados en el tráfico de células inmunes al SNC

Cinética y análisis del comportamiento de los linfocitos dentro del parénquima cerebral. En relación con los temas de esta revisión, CCR7 tiene un papel importante para el reclutamiento de células T y células dendríticas en el ganglio linfático, donde sus ligandos CCL19 y CCL21 proporcionan señales motogénicas necesarias para la migración eficiente de células T y células dendríticas (131, 132). Se ha sugerido que la expresión de CCL19 en el parénquima no inflamado tiene un papel en la vigilancia inmunitaria de las células T de memoria CCR7 + CD4 + (56, 133), pero esta expresión está elevada en las lesiones de EM (56). CCL21 también está regulado positivamente en otros modelos de inflamación del SNC (28), y se desconoce si estas quimiocinas también proporcionan señales motogénicas en el parénquima del cerebro. Se ha utilizado la microscopía multifotónica de la médula espinal para obtener imágenes del comportamiento de las células encefalitogénicas dentro de la materia blanca y gris durante la inducción de EAE (25, 74). Un estudio detallado reciente ha señalado tres fases distintas para la entrada de células T CD4 + encefalitogénicas en el cerebro: (a) detención de los vasos leptomeníngeos y escaneo de la superficie luminal contra el flujo sanguíneo (b) diapédesis y escaneo de la membrana pial en busca de antígeno presentado por macrófagos perivasculares y (c) activación exitosa de células T dependiente de antígeno, lo que desencadena la capacidad efectora y da como resultado la invasión tisular (74). Este estudio desafía la noción de que el plexo coroideo es la ruta principal de entrada celular durante la EAE y solidifica los datos que sugieren un mecanismo dependiente de antígenos. Después de la activación, durante el proceso inicial de la enfermedad, las células específicas de mielina ingresan al SNC en una onda rápida y pueden migrar profundamente al parénquima (134). Estas células podrían dividirse en dos poblaciones principales en función de las velocidades migratorias (que van de 6 a 25 μm / min). Después de entrar en el espacio perivascular, muchas de las células mostraron un fenotipo restringido o estacionario, lo que sugiere que estaban formando contactos a largo plazo con las células residentes. Este tipo de comportamiento detenido se asocia con interacciones MHC / TCR, aunque las quimiocinas también se han implicado en la mediación de interacciones célula-célula (135, 136). Sin embargo, la transferencia de células T CD4 + específicas de mielina (encefalitogénicas) condujo a sustancialmente más células estacionarias en el cerebro que la transferencia de células T no específicas para proteínas del SNC (25). De manera algo inesperada, estos estudios revelaron que la migración de células T en este microambiente era, a nivel de población, aleatoria, lo que indica que la migración local no estaba regulada por gradientes de quimiocinas. Por lo tanto, aunque la detención de las células T CD4 + encefalitogénicas fue específica del antígeno, su migración no pareció ser direccional y se parecía más a la motilidad aleatoria de las células T vírgenes encontradas en el ganglio linfático (25).

En contraste con la EAE inducida por la transferencia de células T autoinmunes y la inyección intracerebral de LCMV, una condición con eventos inflamatorios agudos localizados bien definidos, los ratones infectados con T. gondii han proporcionado un modelo de inflamación crónica del SNC para estudiar el comportamiento de las células T CD8 + específicas de patógenos (28, 137). A diferencia del rápido estallido de infiltración durante la EAE, en este sistema experimental, hubo un reclutamiento continuo de células T específicas de antígeno que se pudo observar durante un período prolongado de tiempo (1-8 semanas) (28, 137). Se observaron varios comportamientos migratorios que incluían la agrupación y las interacciones de células T homotípicas. Se observó una desaceleración de las células T CD8 + y la agrupación de células específicas de antígeno alrededor de los parásitos que se replican activamente, pero no de los quistes latentes (137). Sin correlación entre la cantidad de antígeno presente y la proporción de confinamiento (o índice de meandros) de las células, el patrón de motilidad parecía representar una "misión de búsqueda y destrucción" para encontrar células infectadas, en lugar de una migración direccional en respuesta a un gradiente de quimiocinas. .

A pesar de las extensas investigaciones, todavía tenemos una comprensión limitada de cómo exactamente las quimiocinas y otros factores quimiotácticos contribuyen al comportamiento migratorio de las células T, ya sea en las meninges, el LCR o el parénquima. Desde los estudios iniciales que describen el comportamiento aleatorio de la migración de células T en el ganglio linfático, se ha establecido que las células siguen conductos recubiertos de quimiocinas y, por lo tanto, permanecen "dirigidos" (138). Anteriormente, las imágenes intravitales de los ganglios linfáticos periféricos indicaban que las células T vírgenes migran a velocidades superiores a 10 μm / min y son guiadas por conductos formados por células dendríticas foliculares, células reticulares fibroblásticas y células estromales que expresan el marcador de fibroblastos ERTR7 (138). También se han detectado células ERTR7 + en áreas distintas pero confinadas del cerebro (como las meninges, la vasculatura y los surcos) durante la inflamación causada por LCMV (64) y T. gondii infección (28). Hay poca comprensión del papel que tienen las células estromales ERTR7 + en el SNC, pero es tentador especular que estas células promueven el tráfico o retienen leucocitos migratorios en estos distintos compartimentos del cerebro.

Si bien la presencia de un mecanismo de migración haptotáxico (es decir, la migración en respuesta a la quimiocina unida a las moléculas de la matriz) ha dado lugar a la idea de la exploración aleatoria, no ha excluido el papel de los gradientes de quimiocinas solubles, ni se ha demostrado que los gradientes existen de forma inmovilizada en las redes estromales (139). Sin embargo, esto ha llevado a investigaciones sobre la existencia de redes similares en órganos no linfoides. De hecho, la ECM en el SNC puede tener un papel similar al de las estructuras constitutivas del ganglio linfático (28, 138).La inflamación en el cerebro y en la periferia induce la producción de moléculas ECM que se sabe que apoyan la migración celular en el contexto del desarrollo neuronal (140, 141). Un estudio de proteómica demostró la producción de muchas moléculas de ECM por los astrocitos (142), y el aumento de la expresión de colágeno y lamininas asociadas con macrófagos que contienen mielina está presente en las lesiones perivasculares de pacientes con EM (143). El uso de señales de segunda generación armónica durante la microscopía multifotónica condujo a la visualización de una red reticular de fibras en el cerebro inflamado que se asociaba estrechamente con la migración de las células T (28). Estas fibras no estaban presentes en el cerebro o la médula espinal de ratones ingenuos, pero se regularon positivamente durante T. gondii infección y después de la inducción de EAE. Esta red puede ser el equivalente funcional de la red de células reticulares fibroblásticas en el ganglio linfático (138) y podría no solo proporcionar soporte estructural para la migración, sino también mostrar señales quimiotácticas unidas para la migración direccional de linfocitos. Este modelo debe probarse rigurosamente, pero puede explicar cómo los linfocitos pueden alcanzar velocidades migratorias en este tejido denso que son comparables a las de las células T vírgenes dentro de los ganglios linfáticos.

Está claro que el uso de microscopía intravital ha avanzado nuestra comprensión de la respuesta inmune en el SNC desde la visualización de cómo las células inmunes interactúan con el endotelio hasta los estudios más recientes que muestran cómo se comportan las células inmunes durante la meningitis y la inflamación del parénquima. Quizás en un momento hubo la expectativa de que algunas de las moléculas de adhesión y quimiocinas que se han identificado en el SNC podrían ser específicas de la neuroinflamación, pero hasta la fecha todas las interacciones moleculares que permiten que los linfocitos accedan al cerebro también son relevantes para otros tejidos. Por lo tanto, aunque el natalizumab se desarrolló específicamente como una terapia potencial para la EM (84), también ha sido aprobado por la FDA para el tratamiento de personas con enfermedad de Crohn de moderada a grave (144). Sin embargo, sigue siendo posible que existan mecanismos que proporcionen una señal específica de tejido a los linfocitos para que se trasladen al cerebro, y puede haber equivalentes moleculares de vitamina D o ácido retinoico, que programan poblaciones de células T que se dirigen a la piel y al intestino. respectivamente (145).

Actualmente, el comportamiento migratorio restringido de las células T informado en EAE, infección por LCMV y encefalitis toxoplasmática aún no se ha relacionado con la función efectora. Aunque recuerda las interacciones productivas entre las células T y las células presentadoras de antígenos en el ganglio linfático, no hay información sobre si la actividad citolítica, la presentación de antígenos, la producción de citocinas o los mecanismos reguladores de las células T (todos ellos conocidos por ocurren en el SNC) están vinculados a estos eventos. De manera similar, no se ha explorado si estas células T estancadas interactúan con diferentes poblaciones de células accesorias presentes en el cerebro inflamado. De particular interés es el hallazgo de que un mayor número de células dendríticas están presentes en el cerebro durante la neuroinflamación y se han asociado con la regulación de los procesos patológicos locales (146-148). Además, las células dendríticas asociadas a vasos han sido implicadas en la regulación de la entrada de células T al SNC (149), y la introducción de diferentes subconjuntos de células dendríticas directamente en el cerebro puede tener distintos efectos sobre la inflamación local (150). Sin embargo, quedan preguntas fundamentales sobre cómo estas células presentadoras de antígenos profesionales acceden y se comportan dentro del SNC. El desarrollo de estrategias para agotar estas poblaciones o modificar su función mientras están en el cerebro contribuirá a nuestra comprensión de cómo las células dendríticas contribuyen a la vigilancia inmunológica y promueven o resuelven la inflamación local en curso. La aplicación de los indicadores disponibles para las células dendríticas (151-153), la producción de citocinas (154) y las formas de visualizar la actividad citolítica (155), combinada con el desarrollo de nuevos enfoques, como la capacidad de administrar pequeños ARN interferentes en el cerebro ( 156), debería permitir una disección de cómo el comportamiento de las células inmunes se relaciona con su función en el SNC. En última instancia, esto ayudará en el diseño de terapias que permitirán una mejor gestión de la respuesta inmunitaria en el cerebro.

Gracias a M.J. Carson, T.H. Harris, B. John, P. Kennedy, T. van Winkle, A. Durham, U. Von Andrian y R. Germain para discusiones en múltiples ocasiones. Los autores desean agradecer la financiación del Estado de California (a EH Wilson), la financiación del Estado de Pensilvania y las subvenciones de los NIH (a CA Hunter), y las subvenciones del Consejo Nacional de Investigación Médica y de Salud y el gobierno de Nueva Gales del Sur. Australia (a W. Weninger).

Conflicto de intereses: CALIFORNIA. Hunter ha recibido apoyo para su investigación de Centocor Ortho Biotech Inc.

Informacion de referencia: J Clin Invest. 2010120 (5): 1368–1379. doi: 10.1172 / JCI41911


Cicatrización de heridas: mecanismos celulares y resultados patológicos

La cicatrización de heridas es un proceso complejo y dinámico respaldado por una gran cantidad de eventos celulares que deben coordinarse estrechamente para reparar de manera eficiente el tejido dañado. La alteración de los comportamientos celulares vinculados a las heridas, como ocurre con la diabetes y el envejecimiento, puede provocar un deterioro de la cicatrización y la formación de heridas crónicas que no cicatrizan. Estas heridas son una carga socioeconómica importante debido a su alta prevalencia y recurrencia. Por lo tanto, existe una necesidad urgente de mejorar la comprensión biológica y clínica de los mecanismos que sustentan la reparación de heridas. Aquí, revisamos la base celular de la reparación de tejidos y discutimos cómo la comprensión actual y emergente de la patología de heridas podría informar el desarrollo futuro de terapias de heridas eficaces.

1. Introducción

Milenios de evolución han creado nuestra piel, un órgano multifuncional y altamente adaptable que nos protege de una avalancha diaria de desafíos químicos, físicos y de radiación ultravioleta. Este duro entorno externo a menudo da como resultado lesiones en la piel y, por lo tanto, no es de extrañar que nuestra piel posea sofisticados procesos de reparación que le permiten curar de manera rápida y eficiente. A pesar de la considerable capacidad reparadora innata, múltiples aspectos celulares de la respuesta a la lesión de un individuo pueden atenuarse, comprometiendo el cierre de la herida. Esta atenuación suele ser el resultado de cambios sistémicos patológicos, como los asociados con la edad avanzada o la diabetes no controlada. De hecho, la edad y la diabetes son factores de riesgo primarios para desarrollar una herida crónica (es decir, una herida que tarda más de 12 semanas en sanar). Desafortunadamente, estas heridas crónicas (principalmente úlceras venosas, úlceras por presión y úlceras del pie diabético) son un área importante de necesidad clínica insatisfecha, aumentando significativamente a escala global [1]. Aquí, discutimos la comprensión actual de la reparación de la piel e ilustramos los comportamientos celulares deteriorados que sustentan la patología crónica de curación de heridas. La aplicación de tecnologías de investigación emergentes será esencial para dilucidar aún más la base celular y molecular subyacente de la reparación aguda y patológica.

2. Aspectos celulares de la reparación de heridas agudas

Nuestra piel está especializada para interactuar con el entorno externo y proporciona una variedad de funciones homeostáticas importantes, desde la regulación de la termoestabilidad hasta la detección de estímulos extrínsecos. Fundamentalmente, la piel actúa como una barrera de defensa primaria, evitando la desecación y el daño mecánico, químico, térmico y fótico de las estructuras internas [2]. Esta defensa se extiende a una respuesta de barrera inmune sofisticada que protege contra infecciones patógenas, mientras que apoya a los microorganismos comensales a través de un eje huésped-microbiota elegantemente adaptado [3]. La piel también ha desarrollado mecanismos eficientes y rápidos para cerrar las brechas de su barrera en un proceso conocido colectivamente como la respuesta de curación de heridas. La reparación de heridas se simplifica clásicamente en cuatro fases principales: hemostasia, inflamación, proliferación y remodelación dérmica [4], que dan como resultado una restauración arquitectónica y fisiológica después del daño (figura 1). Las siguientes secciones describen estas etapas en detalle.

Figura 1. Las etapas de la reparación de heridas y sus principales componentes celulares. La reparación de la herida comienza con la hemostasia, donde un tapón de plaquetas evita la pérdida de sangre y se forma una matriz de fibrina preliminar. Luego, se produce inflamación para eliminar los desechos y prevenir la infección, comenzando con la entrada de neutrófilos, que es promovida por la liberación de histamina de los mastocitos. Los monocitos llegan más tarde y se diferencian en macrófagos tisulares para eliminar los restos celulares y los neutrófilos restantes. Durante la fase proliferativa, los queratinocitos migran para cerrar la brecha de la herida, los vasos sanguíneos se reforman a través de la angiogénesis y los fibroblastos reemplazan el coágulo de fibrina inicial con tejido de granulación. Los macrófagos y las células T reguladoras (Tregs) también son vitales para esta etapa de curación. Finalmente, la matriz depositada es remodelada aún más por fibroblastos, los vasos sanguíneos retroceden y los miofibroblastos provocan la contracción general de la herida.

2.1. Hemostasia

Inmediatamente después de la lesión, los vasos sanguíneos dañados se contraen rápidamente y se forma un coágulo de sangre que evita la exanguinación por daño vascular [5]. Las plaquetas, principales contribuyentes a la hemostasia y la coagulación, se activan cuando encuentran la matriz subendotelial vascular. Los receptores plaquetarios (por ejemplo, glicoproteína VI) interactúan con proteínas de la matriz extracelular (MEC) (por ejemplo, fibronectina, colágeno y factor de von Willebrand), promoviendo la adherencia a la pared de los vasos sanguíneos. Posteriormente, la trombina desencadena la activación plaquetaria, induciendo un cambio conformacional y la liberación de gránulos alfa y densos que contienen moléculas bioactivas que refuerzan la coagulación (revisado en [6]). Se forma un coágulo insoluble (escara) de fibrina, fibronectina, vitronectina y trombospondina [7], que sirve principalmente para taponar la herida y prevenir el sangrado. La escara también cumple una serie de funciones secundarias, incluida la protección contra la invasión bacteriana, proporcionando un andamio para las células inmunes entrantes y albergando un depósito de citocinas y factores de crecimiento para guiar el comportamiento de las células de la herida en la reparación temprana [8].

Las plaquetas son cruciales en el reclutamiento de células inmunes al sitio de la lesión, ya sea capturando directamente las células inmunes en la escara o liberando un secretoma de atrayentes de quimiocinas tras la desgranulación [6]. De hecho, el secretoma plaquetario también contiene factores de crecimiento que estimulan las células cutáneas residentes, incluidos los fibroblastos y los queratinocitos [9]. Como el tipo de célula más abundante durante la reparación temprana, las plaquetas juegan un papel activo en la inhibición temprana de la infección bacteriana. Expresan una serie de receptores tipo toll (TLR) [10, 11], que regulan la producción de péptidos antimicrobianos [12]. Una vez que se ha formado un coágulo suficiente, el proceso de coagulación se apaga, evitando una trombosis excesiva. Aquí, la agregación plaquetaria es inhibida por la prostacilina, la trombina inhibida por la antitrombina III y los factores de coagulación V y VII degradados por la proteína C activada [13]. Al mismo tiempo, la pared del vaso lesionado es reparada por células de músculo liso y células endoteliales que proliferan en respuesta al factor de crecimiento derivado de plaquetas (PDGF) liberado [14]. También se reclutan progenitores endoteliales para ayudar en este proceso, ya que las células endoteliales maduras muestran una capacidad proliferativa limitada [15].

2.2. Inflamación

La inflamación innata evolucionó como la principal defensa contra la invasión patógena de heridas. Esta respuesta inmune se inicia por señales inducidas por lesiones, patrones moleculares asociados a daños (DAMP) liberados por células necróticas y tejido dañado, y patrones moleculares asociados a patógenos (PAMP) de componentes bacterianos. Estos PAMP y DAMP activan las células inmunitarias residentes, como los mastocitos, las células de Langerhans, las células T y los macrófagos, mediante la unión de los receptores de reconocimiento de patrones para provocar las vías inflamatorias posteriores [16]. Una posterior liberación de citocinas y quimiocinas proinflamatorias atrae a los leucocitos circulantes al sitio de la lesión (revisado en [17]). Las moléculas proinflamatorias también estimulan la vasodilatación que, junto con la expresión de moléculas de adhesión de células endoteliales, como las selectinas, facilita la adhesión de neutrófilos y monocitos y la diapédesis [18]. De hecho, se ha demostrado claramente la importancia de las selectinas en el reclutamiento de las células inmunes, con el bloqueo genético [19] y farmacológico [20] de la selectina E y P afectando significativamente tanto la infiltración de las células inmunitarias como la cicatrización de las heridas.

Los neutrófilos, que llegan temprano después de la lesión, se reclutan en la herida desde los vasos dañados, atraídos por quimioatrayentes, incluida la interleucina 1 (IL-1), el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y las endotoxinas bacterianas, como el lipopolisacárido (LPS). [21]. En respuesta a señales proinflamatorias y la activación de vías de señalización inflamatorias (p. Ej., NF-κB [21]), los neutrófilos (y otras células de la herida) liberan sus propias citocinas. Los neutrófilos eliminan el tejido necrótico y los patógenos mediante la fagocitosis y la liberación de especies reactivas de oxígeno (ROS), péptidos antimicrobianos, eicosanoides y enzimas proteolíticas [22]. También atrapan y matan a los patógenos en una red extruida de ADN recubierta con péptidos antimicrobianos e histonas citotóxicas, denominadas trampas extracelulares [23].

La respuesta inflamatoria es compleja, modulada por una multitud de factores intrínsecos y extrínsecos. La inflamación incontrolada y excesiva promueve la lesión tisular y retrasa la curación (como en los ratones diabéticos [24]). Sin embargo, el reclutamiento insuficiente de células inmunitarias, por ejemplo en ratones knockout para TLR3, también dificulta la reparación [25]. Por lo tanto, las respuestas de las células inmunitarias deben ser situacionales, aumentando para responder de manera apropiada a la infección, pero despejándose de manera efectiva para permitir la resolución de la herida. En ausencia de infección, los neutrófilos de la herida disminuyen a los pocos días del inicio de la lesión [26]. La mayoría de los neutrófilos se extruyen del sitio de la herida a medida que se adhieren a la costra de fibrina, mientras que otros se eliminan mediante mecanismos de depuración innatos, como la eferocitosis de los macrófagos [17]. Los neutrófilos restantes se eliminan por apoptosis, necrosis o fagocitosis, o pueden dejar tejido inflamado y regresar a la circulación a través de la migración transendotelial inversa, como se observa en el pez cebra [27], ratones [28] y neutrófilos humanos. in vitro [29].

Los monocitos circulantes ingresan al tejido de la herida donde, en respuesta al medio local, se diferencian en macrófagos. Aunque generalmente se sugiere que los macrófagos se reclutan después de los neutrófilos, se ha observado una ola inicial de monocitos que ingresan a la herida simultáneamente con los neutrófilos [30]. Los macrófagos son células efectoras maestras en la reparación de tejidos, que muestran tanto versatilidad como alta plasticidad (revisado en [31]). Alcanzan la infiltración máxima de la herida 72 h después de la lesión en ratones y 7 días después de la lesión en humanos [32]. Al igual que los neutrófilos, los macrófagos engullen los restos celulares necróticos y el material patógeno a través de receptores conservados evolutivamente, pero también exhiben comportamientos diferenciales y cambios morfológicos en respuesta a las citocinas [33].

Los macrófagos de las heridas se separan tradicionalmente en dos subconjuntos principales: estimulados por M1 y estimulados por M2. Sin embargo, esta clasificación dicotómica ha quedado obsoleta, y ahora se sabe que los macrófagos humanos [34] y murinos [35] muestran diversas respuestas transcripcionales y fenotípicas a diferentes estímulos (revisado en [36]). Por lo tanto, el repertorio de macrófagos debe verse como un espectro de fenotipos regidos por el estado de los tejidos y las señales ambientales [37, 38]. Por simplicidad, aquí nos referiremos a grupos activados clásicamente (proinflamatorios) y activados alternativamente (antiinflamatorios).

Los macrófagos activados clásicamente son inducidos por estímulos proinflamatorios, como LPS e interferón-gamma (IFN-γ), y promueven la inflamación al liberar ROS, citocinas inflamatorias (por ejemplo, IL-1, IL-6 y TNF-α) y factores de crecimiento. (por ejemplo, factor de crecimiento endotelial vascular, VEGF y PDGF). Estos macrófagos fagocitan los neutrófilos apoptóticos, reemplazándolos como el principal mediador inflamatorio [8]. Las etapas posteriores de la inflamación se caracterizan por una transición a la activación alternativa, que se produce mediante la neodiferenciación de los monocitos recién reclutados o mediante el cambio de macrófagos existentes. en el lugar a un fenotipo antiinflamatorio. Aunque no está ampliamente caracterizado, este cambio fenotípico puede ser estimulado por cambios ambientales en las citocinas [39] y eferocitosis [40]. Además, puede ser impulsado por miARN [31], factores de transcripción [41] y modulación de receptores proinflamatorios y antiinflamatorios [41,42].

Los macrófagos activados alternativamente expresan citocinas pro-resolutivas (IL-4, IL-10, IL-13 [43, 44]) y arginasa, un factor clave para la reparación efectiva de heridas [45]. Los macrófagos antiinflamatorios también liberan una gran cantidad de factores de crecimiento para promover la reepitelización, la fibroplasia [8] y la angiogénesis [46]. Más recientemente, se ha demostrado que los macrófagos son cruciales en la estabilización y remodelación de los vasos sanguíneos en ratones y peces [47].

La importancia de los macrófagos se demuestra aún más en estudios de ablación selectiva, donde Cd11bLa deleción específica de macrófagos provoca un retraso en la reparación de la herida y un aumento de la inflamación [48]. De manera similar, la caída inducible de los macrófagos durante la cicatrización temprana provocó una reepitelización retrasada, la angiogénesis y la formación de tejido de granulación, mientras que la caída de los macrófagos a la mitad de la cicatrización provocó daño en las células endoteliales, hemorragia grave y granulación inmadura [49]. Por lo tanto, los comportamientos colectivos de los macrófagos promueven la eliminación de desechos, bacterias y células proinflamatorias, al tiempo que estimulan los procesos de reparación para permitir la resolución efectiva de la herida.

La abrumadora presencia de neutrófilos y macrófagos en las heridas ha enmascarado potencialmente la importancia de otras células mieloides en la reparación de heridas. Sin embargo, estudios recientes han revelado que las células T residentes son críticas para la respuesta temprana a la lesión, mientras que las células T circulantes se reclutan para resolver la inflamación [50]. De hecho, los ratones ancianos y diabéticos muestran una reducción de las células T epidérmicas dendríticas residentes y un fenotipo de curación retardada, mientras que la administración subcutánea de células T epidérmicas dendríticas puede restaurar la curación [51,52]. Además, la eliminación de las células T reguladoras antiinflamatorias retrasa la reparación tisular en ratones [50]. Los mastocitos también juegan un papel en las heridas, liberando histamina para ayudar al reclutamiento de neutrófilos durante la inflamación temprana [53].

2.3. Proliferación

La fase proliferativa de cicatrización se caracteriza por una amplia activación de queratinocitos, fibroblastos, macrófagos y células endoteliales para orquestar el cierre de la herida, la deposición de la matriz y la angiogénesis. Tan pronto como 12 h después de la lesión, los queratinocitos se activan por cambios en la tensión mecánica y gradientes eléctricos, y la exposición al peróxido de hidrógeno, patógenos, factores de crecimiento y citocinas [54].Esta activación hace que los queratinocitos en el borde de la herida experimenten una transición epitelio-mesenquimatosa parcial, donde desarrollan un fenotipo más invasivo y migratorio [55]. La polaridad de adelante hacia atrás reemplaza la polaridad de arriba hacia abajo, lo que permite que los queratinocitos del borde de ataque migren lateralmente a través de la herida para reformar la capa epidérmica, un proceso denominado reepitelización [56]. Los queratinocitos detrás del borde de ataque modulan su adhesión celular a través de cambios mediados por PCKα en la adhesividad del desmosoma [57] y cambios mediados por Eph en las uniones adherentes [58], lo que les permite reorganizar su orden con la hoja epitelial migratoria [54]. Los queratinocitos de la neoepidermis liberan metaloproteinasas de la matriz (MMP) para ayudar en su ruta de migración, mientras depositan nuevas proteínas ECM para reconstituir la membrana basal [59].

Se induce la proliferación de las células madre del folículo piloso, y las células epidérmicas de la progenie salen del folículo para satisfacer la demanda celular necesaria para resurgir la herida [60]. Estas células brotan de apéndices dañados en heridas superficiales o llegan desde el borde epidérmico en heridas de espesor total. Sólo se activan o reclutan compartimentos específicos de células madre para el proceso de reepitelización [61]. Por ejemplo, las células madre de la región de la protuberancia Krt15 + ve [62] y Krt19 + ve [63] parecen prescindibles para la reepitelización, mientras que las células que expresan Lgr5 y Lgr6 del folículo y la epidermis interfolicular responden a las señales de la herida, lo que contribuye a la reepitelización. epitelización [64]. Una característica clave de las heridas de espesor total en ratones es que los apéndices, incluidos los folículos, están ausentes del tejido cicatricial reformado [2]. Sin embargo, en circunstancias específicas puede producirse una neogénesis folicular inducida por heridas, aparentemente a través de la reactivación de la señalización de desarrollo Wnt y Shh [60].

Los queratinocitos negocian a través de detritos y tejido necrótico del lecho de la herida a través de sus interacciones con proteínas estructurales de la matriz preliminar a través de receptores de integrina [65]. Las MMP, en particular MMP-1 y MMP-9, son vitales para la migración de queratinocitos, ya que ayudan a la disociación del receptor de integrina [56]. La producción de otras proteasas, como la plasmina, facilita aún más la migración de queratinocitos al degradar el lecho de la herida provisional rico en fibrina [59]. Cuando los queratinocitos de los bordes opuestos se encuentran, la migración termina (a través de un mecanismo indeterminado), se establece una capa epitelial delgada y los queratinocitos forman nuevas adherencias a la matriz subyacente. Luego, los queratinocitos reforman completamente la membrana basal y se someten a una diferenciación terminal para estratificar y regenerar la epidermis [32].

Los fibroblastos son el principal tipo de célula responsable de reemplazar la matriz provisional rica en fibrina por un tejido de granulación más sustancial. Los fibroblastos residentes y de origen mesenquimatoso responden a un medio de moléculas de señalización de plaquetas, células endoteliales y macrófagos, incluido el factor de crecimiento transformante (TGF-β) y el PDGF. Estas señales dirigen a los fibroblastos a volverse profibróticos, depositando proteínas ECM, o diferenciarse en miofibroblastos que impulsan la contracción de la herida [55]. Es importante señalar que esto es nuevamente una simplificación, ya que en realidad los fibroblastos exhiben diversidad funcional, ayudando a la reparación dérmica de diferentes maneras. En un estudio seminal Driskell et al. [66] demostró que los fibroblastos cutáneos se originan a partir de dos linajes distintos, donde el linaje superior ayuda a la reepitelización mientras que el linaje inferior contribuye al depósito de MEC. Los hallazgos recientes han desafiado aún más la comprensión convencional del origen de los fibroblastos de la herida, mostrando que dos tercios de los fibroblastos del tejido de granulación son en realidad derivados mieloides [67] y, por lo tanto, es probable que provengan de macrófagos de la herida. Los fibroblastos degradan la matriz provisional al producir MMP y la reemplazan con un tejido de granulación rico en fibronectina, colágenos inmaduros y proteoglicanos [68]. Este tejido de granulación actúa como un andamio para la migración y diferenciación de las células de la herida, apoyando tanto la formación de nuevos vasos sanguíneos como la deposición de ECM madura.

Se crean nuevos vasos sanguíneos durante el proceso de angiogénesis para satisfacer las demandas metabólicas del tejido cicatrizante altamente proliferativo. La angiogénesis se desencadena por hipoxia, que a su vez impulsa la expresión de factores inducibles por hipoxia (HIF) y ciclooxigenasa 2, y la posterior liberación de VEGF y otros factores [69]. En respuesta a estos cambios, las células endoteliales microvasculares proliferan y migran al lecho de la herida, brotando nuevos vasos que se fusionan con otros para desarrollar redes tubulares estables [70]. El VEGF previene la apoptosis de las células endoteliales regulando al alza proteínas antiapoptóticas como BCL-2 [71], mientras que la matriz de fibrina promueve la angiogénesis al desencadenar cambios fenotípicos en las células endoteliales para estimular su migración [72].

Los macrófagos juegan un papel importante en la angiogénesis al ayudar a los comportamientos de las células endoteliales microvasculares. Producen proteasas como las MMP para degradar la densa red de fibrina y los factores quimiotácticos (por ejemplo, TNF-α, VEGF y TGF-β) para impulsar la migración endotelial (revisado en [73]). Willenborg et al. [74] demostraron la importancia de los factores derivados de los macrófagos en la angiogénesis, donde la deleción mieloide específica de VEGF-A redujo la formación de capilares en heridas murinas. Los macrófagos también participan en la remodelación de la nueva vasculatura, guiando juntas las puntas de los vasos [75], fagocitando los vasos superfluos [47,76] y amortiguando la respuesta angiogénica para prevenir la vascularización excesiva [77].

La piel alberga una densa red de fibras nerviosas sensoriales y autónomas que permiten la sensación y el movimiento. Por lo tanto, la regeneración de las fibras nerviosas es esencial después de una lesión. A pesar del papel principal de la denervación cutánea diabética en la patogenia de la herida (revisado en [78]), la inervación de la herida per se sigue siendo un área poco estudiada. Se sabe que los neuropéptidos, como la sustancia P, se liberan de las neuronas que brotan y las células inmunes durante la reparación, lo que influye en diversos procesos celulares (por ejemplo, la proliferación y la angiogénesis [79,80]). En particular, la sustancia P se reduce en la cicatrización tardía en las heridas de la diabetes, donde la restauración tópica restaura la cicatrización [81,82] y contribuye a la regeneración nerviosa [83]. Las células gliales activadas por heridas también son un componente importante de la respuesta de reparación, y se ha demostrado que expresan factores importantes para la quimiotaxis, mientras que la pérdida de células gliales retrasa la curación en ratones de tipo salvaje [84]. Estos y otros estudios sugieren que la inervación juega un papel importante en la reparación eficaz.

2.4. Remodelación de matrices

La remodelación de la MEC abarca toda la respuesta a la lesión, comenzando con el depósito inicial de un coágulo de fibrina y terminando varios años después con la formación de una cicatriz madura rica en colágeno de tipo I [55]. Los fibroblastos son el principal tipo de célula responsable de la remodelación de la MEC de la herida, reemplazando el coágulo de fibrina inicial con hialuronano, fibronectina y proteoglicanos, y formando fibrillas de colágeno maduras posteriormente en la reparación [85]. Los proteoglicanos ayudan a la construcción de fibrillas de colágeno reticuladas maduras y actúan como un conducto para la migración celular [86]. La composición de colágeno de la piel adulta ilesa es aproximadamente 80% de colágeno de tipo I: 10% de colágeno de tipo III. Por el contrario, el tejido de granulación comprende predominantemente colágeno de tipo III asociado al embrión (aproximadamente un 30%), con sólo un 10% de colágeno de tipo I [87]. A medida que avanza la cicatrización, el colágeno tipo III es reemplazado por colágeno tipo I, aumentando directamente la resistencia a la tracción de la cicatriz en formación [88]. La integridad y la arquitectura de la cicatriz ECM nunca regresa por completo a la de la piel sana. Las fibrillas de colágeno en la dermis de la cicatriz adoptan grandes haces paralelos, mientras que en la piel sana las fibrillas adoptan una orientación de tejido de canasta. Por tanto, el tejido cicatricial de la herida confiere sólo hasta el 80% de la fuerza previa a la herida después de la lesión [87,89].

Estos cambios secuenciales en la ECM requieren un delicado equilibrio entre la degradación y la síntesis del colágeno, logrado a través de la regulación temporal de las MMP clave. Estas colagenasas, expresadas por macrófagos antiinflamatorios, fibroblastos y queratinocitos, escinden los colágenos helicoidales nativos durante la reparación [85]. La elastina, otro componente clave de la ECM dérmica, debe reformar las fibras elásticas para retener la elasticidad de la piel. Curiosamente, la degradación de la matriz dérmica normal provoca la liberación de fragmentos de elastina, o elastocinas, que actúan como moléculas de señalización [90]. La elastina se forma a partir de su precursor, la tropoelastina, y al principio de la curación muestra la disposición aberrante. De hecho, las fibras de elastina maduras a menudo sólo son aparentes en el tejido cicatricial muchos meses después de la lesión [91,92].

La mayor expresión de TGF-β y la tensión mecánica estimulan la diferenciación de miofibroblasto en vivo y in vitro [93]. Los miofibroblastos se caracterizan por una abundancia de alfa-actina del músculo liso (α-SMA), asociada con la capacidad de generar fuertes fuerzas contráctiles y adherencias focales [85]. Curiosamente, los ratones que carecen del gen que codifica α-SMA, Acta2, curan normalmente sin cambios obvios en la contracción de los fibroblastos [94]. Esta aparente redundancia, compensada por otros microfilamentos, destaca la importancia de la contracción de la herida. La contracción de los miofibroblastos se ve facilitada por extensiones pseudopodiales que permiten que la actina citoplásmica se una a la fibronectina en el armazón de la matriz [55]. Los miofibroblastos se adhieren entre sí a través de desmosomas, uniéndose a las fibrillas de la matriz y uniendo la matriz mediante un proceso denominado contractura [95]. La respuesta de cicatrización de la herida disminuye cuando los macrófagos, las células endoteliales y los fibroblastos sufren apoptosis o salen del lugar de la lesión, dejando una cicatriz [96].

3. Cuando falla la cicatrización: factores que influyen en la cicatrización crónica de heridas

La reparación de heridas agudas es una cascada altamente dinámica de señales celulares y eventos conductuales que aseguran el cierre rápido de la barrera cutánea. Los altos niveles de redundancia y mecanismos compensatorios aseguran que pequeñas alteraciones de esta respuesta rara vez causen problemas en la cicatrización de las heridas [97]. Por ejemplo, la ablación de subconjuntos específicos de células madre del folículo piloso [63], MMPs [98], factores de crecimiento de fibroblastos [99], TGF-α [100] y VEGFR2 [101] fracasan individualmente en el cierre de la herida. Sin embargo, como cualquier proceso biológico, una perturbación suficiente del sistema conduce a aberraciones, que en el caso de las heridas se manifiestan como cicatrices excesivas en un extremo o falta de cicatrización completa en el otro. Las heridas que no cicatrizan (definidas como que generalmente permanecen sin cicatrizar después de 12 semanas) se denominan heridas crónicas. Afectan principalmente a los ancianos y los diabéticos, son muy prevalentes y representan una carga socioeconómica importante [102,103]. Un tratamiento clínico más eficaz evitaría una parte de estas heridas [104], aunque muchas siguen siendo refractarias al tratamiento actual, lo que destaca la necesidad de comprender mejor la base celular de la patología de las heridas para desarrollar tratamientos terapéuticamente viables.

La susceptibilidad a las lesiones sigue siendo poco estudiada. Sabemos que la piel de los mamíferos ancianos y diabéticos está más predispuesta a lesionarse, ya que sufre atrofia, con una barrera cutánea alterada y una hidratación reducida [105,106]. Tanto el envejecimiento como la diabetes conducen a la pérdida gradual de la matriz dérmica, con los correspondientes cambios en la mecánica tisular, pérdida de resiliencia y mayor susceptibilidad al daño por fricción [107,108]. Una vez que ocurre una lesión, una variedad de perturbaciones moleculares y celulares contribuyen al deterioro general de la curación. Un factor ampliamente implicado en la patología de las heridas de personas mayores y diabéticas es la senescencia celular (revisado en [109]). Las células mitóticas se vuelven senescentes y no proliferativas en respuesta a una serie de factores intrínsecos y extrínsecos. Las células senescentes adquieren un fenotipo hipersecretor y producen un secretoma rico en citocinas proinflamatorias y proteasas que degradan los tejidos (revisado en [110]). El entorno de la herida crónica es la plataforma perfecta para la inducción de células senescentes debido a los altos niveles de inflamación y estrés oxidativo [111]. De hecho, recientemente demostramos que una alta carga de células senescentes contribuye a la patología de la herida, donde el bloqueo del receptor de senescencia propuesto, CXCR2, amortigua la senescencia de los macrófagos y mejora la cicatrización en ratones diabéticos [112].

Un contribuyente clave a la patología de la herida es la inflamación excesiva, que perpetúa la cronicidad a través de la destrucción continua del tejido de la herida. Las heridas crónicas se caracterizan por un elevado número de células de Langerhans [113,114], neutrófilos [115], macrófagos proinflamatorios [116,117] y proteasas [118-120], relacionados con la gravedad clínica de la úlcera [121]. Junto con la infiltración elevada de subconjuntos de células inmunitarias específicas [122], la función patológica de las células inmunitarias se ve perturbada y contribuye colectivamente a una mala cicatrización. Aquí, los neutrófilos están excesivamente preparados para producir trampas extracelulares de neutrófilos, que son citotóxicas [123] y retrasan la cicatrización de las heridas [124]. En ratones diabéticos, los neutrófilos son más resistentes a la apoptosis y los macrófagos los eliminan con menor eficacia [125], lo que aumenta su presencia excesiva en heridas patológicas. Los macrófagos diabéticos también exhiben eferocitosis defectuosa de células apoptóticas [126], fagocitosis alterada de bacterias [127,128] y capacidad reducida para polarizar a un estado antiinflamatorio [129]. Curiosamente, incluso antes de la ulceración, la piel de los seres humanos y los ratones diabéticos presenta un mayor número de mastocitos y macrófagos preparados para el estado proinflamatorio [130]. Por el contrario, la diversidad del receptor de células T [131] y el número de células T CD4 + [116,131] se reducen en las úlceras del pie diabético. Juntas, estas características aberrantes de las células inmunitarias de heridas crónicas no solo evitan el cambio de la inflamación a la resolución, sino que aumentan en gran medida la vulnerabilidad a las infecciones. La inflamación elevada también puede persistir debido a la infección crónica de la herida, manteniendo así la herida en un ciclo continuo de infección, inflamación y reparación inadecuada.

El deterioro celular no solo se limita a la inflamación, sino que también se extiende a la reepitelización y remodelación dérmica. Las úlceras del pie diabético que no cicatrizan se caracterizan típicamente por un borde de la herida epidérmica que es hiperqueratósico y paraqueratósico [132]. Los queratinocitos en el borde de la herida crónica muestran presencia nuclear anormal de β-catenina y c- elevadomi c, que retrasa directamente la migración in vitro [132] y previene la curación en ratones [133]. La epidermis del borde de la herida ulcerosa muestra además la expresión mixta de varios marcadores del ciclo celular, diferenciación y desmosomales [134], señalización del receptor del factor de crecimiento alterado [135] y carece de folículos pilosos [136]. Se cree que este fenotipo de activación aberrante, con una proliferación aparentemente incontrolada del borde de la herida, inhibe directamente el cierre crónico de la herida mediado por queratinocitos.

Al mismo tiempo, la reconstitución dérmica se inhibe significativamente por los altos niveles de proteasa de la herida, que no solo descomponen los componentes de la ECM dérmica, sino que también degradan los factores de crecimiento (p. Ej., VEGF y TGF-β [137,138]) y citocinas (p. Ej. TNF-α [ 139]). Los fibroblastos de heridas crónicas son muy senescentes, lo que compromete aún más el depósito de ECM [140-142] y no responden a factores estimulantes de ECM como TGF-β [143,144]. Curiosamente, recientemente demostramos que la deficiencia de hierro en la herida puede respaldar la reducción de la deposición de ECM en ratones diabéticos, ya que la carga de hierro de los fibroblastos estimula directamente la deposición y remodelación de la ECM [145]. Los macrófagos son clave para esta respuesta reparadora, donde el secuestro de hierro hace que los macrófagos activados alternativamente produzcan factores estimulantes de la ECM [146]. Tenga en cuenta que existen disparidades en el papel (es) informado (s) del hierro en la reparación de heridas. Sindrilaru et al. [117] sugieren que el depósito de hierro provocó un retraso en la cicatrización de las úlceras del pie diabético, promoviendo un fenotipo de macrófagos de tipo M1 sin restricciones, aumento del estrés oxidativo y senescencia. De manera similar, otros han demostrado que el quelante del hierro, la deferoxamina, mejora la cicatrización de heridas en las úlceras por presión de ratones diabéticos [147] y ancianos [148]. Por lo tanto, los efectos celulares del hierro son probablemente dependientes del contexto y específicos del tipo de herida, lo que exacerba el daño tisular en un entorno ya proinflamatorio, al tiempo que promueve la resolución de la herida mediada por macrófagos y fibroblastos activados alternativamente en la etapa de reparación tardía.

La hiperglucemia sostenida en la diabetes contribuye directamente a la cicatrización defectuosa, comprometiendo la función leucocitaria [149], induciendo la senescencia celular [150] y provocando la glicación no enzimática de la MEC y la formación de productos finales de glicación avanzada (AGE) [151]. Los AGE no solo alteran la arquitectura estructural dérmica, sino que también desencadenan inflamación y ROS a través de su receptor, RAGE [152]. Estos efectos alteran la neovascularización, en parte al prevenir el HIF-1α transactivación y posterior regulación positiva de VEGF y factor 1 derivado del estroma (SDF-1) [153,154]. A nivel macroscópico, la diabetes no controlada causa daños a largo plazo en la microvasculatura, lo que resulta en hipoxia tisular local, vasculopatía arterial y / o neuropatía de miembros inferiores, todos factores de riesgo extremos para el desarrollo de heridas crónicas [155].

En la diabetes, las poblaciones de células madre que normalmente participarían en la vascularización están agotadas (p. Ej., Médula ósea [156]) o muestran un potencial neovascular deteriorado (en el tejido adiposo [157]). También se observa una reducción de SDF-1, que ayuda al reclutamiento de células progenitoras endoteliales a las heridas, mientras que la administración tópica de SDF-1 acelera la reparación de heridas diabéticas [158]. Disminuir la formación de AGE en ratones diabéticos mejora el potencial neovascular de los progenitores de la médula ósea [159], lo que confirma la relevancia funcional y demuestra aún más la importante contribución de la diabetes no controlada en la patología de las heridas.

Es fundamental tener en cuenta que las causas del retraso en la curación, aunque se han simplificado anteriormente, suelen ser multifactoriales y complejas. La cronicidad de la herida está influenciada por defectos locales y sistémicos [160], junto con desequilibrios en hormonas, citocinas y factores de crecimiento (por ejemplo, reducción de PDGF [161]). Sin embargo, en los últimos años, la presencia y persistencia de la infección de la herida se ha debatido ampliamente como uno de los principales factores que contribuyen a la cronicidad [162]. De hecho, una gran abundancia de patógenos de heridas comunes, como Staphyloccoccus aureus y Pseudomonas aeruginosa, se informa en heridas crónicas [163,164], con el perfil microbiano de una herida fuertemente relacionado con el resultado de la cicatrización [165]. Estos patógenos a menudo se convierten en agregados polimicrobianos (biopelículas) encapsulados en una matriz protectora de sustancias poliméricas extracelulares que confieren resistencia a los antibióticos tradicionales y defensas del huésped (revisado en [166]).

Los perfiles de microbioma de la piel envejecida y diabética difieren considerablemente de sus homólogos jóvenes y no diabéticos, en cada caso mostrando una diversidad α reducida [167,168]. Aunque la colonización crítica de heridas ocurre como resultado de una función inadecuada de las células inmunes, una mala perfusión y la presencia de una herida abierta persistente, es probable (aunque aún no se ha demostrado) que la piel envejecida y diabética esté intrínsecamente predispuesta a la infección por un microbioma alterado.Las heridas diabéticas también muestran una expresión alterada de los receptores de reconocimiento de patrones responsables de provocar una respuesta del huésped, lo que puede estar relacionado con una cicatrización deficiente [169]. Curiosamente, la desactivación del receptor de reconocimiento de patrones, Nod2, afectó el cierre de la herida [170] y alteró el microbioma cutáneo [171] de los ratones. Curiosamente, los ratones de tipo salvaje cruzados en camadas Nod2 - / - adoptaron un microbioma alterado y adquirieron un fenotipo de curación retardada [171], lo que demuestra directamente el impacto de la disbiosis de la microbiota cutánea en la reparación. Los factores clave en la patología crónica de heridas se resumen en la figura 2.

Figura 2. Factores que contribuyen a la cicatrización crónica de heridas. Las heridas crónicas se infiltran con bacterias que agravan la inflamación. Los queratinocitos de heridas crónicas muestran una activación aberrante que causa hiperproliferación y migración alterada. Una gran proporción de células de heridas crónicas (por ejemplo, macrófagos y fibroblastos) se vuelven senescentes, produciendo un fenotipo secretor asociado a la senescencia (SASP) que perpetúa la senescencia, desencadena la liberación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y aumenta la inflamación. Las altas cantidades de productos finales de glicación avanzada (AGE) también contribuyen a la inflamación y la senescencia celular en el entorno de la herida. Juntas, estas características provocan una degradación excesiva de los tejidos y deterioran las funciones celulares para evitar la curación normal. re-ep = reepitelización.

4. Técnicas de traducción para mejorar la comprensión clínica de las heridas.

Nuestro conocimiento de los mecanismos subyacentes a la cicatrización de heridas crónicas mejora constantemente, en gran parte debido al desarrollo y perfeccionamiento de modelos de heridas y herramientas de diagnóstico. Por ejemplo, hasta el advenimiento de las tecnologías de secuenciación, el perfil bacteriano de la herida se restringió a métodos de cultivo simples, limitando la especiación a solo organismos capaces de expandirse en cultivo. Luego se requirió un análisis adicional para recopilar información de diagnóstico completa sobre un aislado clínico (revisado en [172]). La aparición de la secuenciación 16S de lectura corta proporcionó nuevos conocimientos sobre las comunidades bacterianas clínicas, pero la identificación bacteriana se limitó al nivel de género basándose en la inferencia de la homología de secuencia [173], con poca información sobre su virulencia o importancia clínica. Están surgiendo nuevas tecnologías genómicas que permiten una rápida identificación molecular de microorganismos a nivel de subespecies. La caracterización simultánea de los perfiles de virulencia y resistencia a los antibióticos [173,174] proporciona información sin precedentes sobre el papel de los ecosistemas bacterianos, fúngicos y virales en la patología de las heridas. La combinación de estas técnicas con enfoques genómicos, metabolómicos y proteómicos del huésped promete brindar una comprensión profunda de la gran cantidad de factores que influyen en la reparación de heridas, al tiempo que facilita un verdadero enfoque de "medicina personalizada" para el tratamiento clínico de las heridas.

Históricamente, los estudios de heridas se han basado en el uso de en vivo modelos para abordar la complejidad de la respuesta multifactorial a la herida. Sin embargo, está ampliamente aceptado que las diferencias entre especies han obstaculizado los esfuerzos de investigación de heridas traslacionales. Ahora estamos avanzando hacia el desarrollo de más dinámicas in vitro enfoques, como los equivalentes tridimensionales de piel [175], que permiten un modelado más cercano de los comportamientos de las células humanas nativas y se alejan del cultivo artificial de monocapa de una sola célula. Si bien los equivalentes de piel tridimensionales cultivados todavía carecen de muchas características de la piel, como glándulas, células inmunitarias y vasos sanguíneos, la investigación actual está comenzando a abordar este déficit [176,177]. El desarrollo de equivalentes de piel impresos en tres dimensiones es particularmente emocionante, ya que ofrece profundas implicaciones en la investigación traslacional. De hecho, un modelo de piel impreso en tres dimensiones vascularizado desarrollado recientemente reflejó muchos aspectos de la piel nativa, incluida la maduración del tejido y la estratificación y tallo epidérmico [178].

Porcino y humano ex vivo Los modelos también están ganando terreno, con la ventaja de que proporcionan una arquitectura de tejido cutáneo nativo y la gama completa de células cutáneas residentes para recapitular aspectos importantes de la respuesta de cicatrización de heridas crónicas humanas [179,180]. Ex vivo los modelos no están exentos de advertencias, carecen de infiltración de células inmunitarias y mantienen la viabilidad durante un período de tiempo limitado [181]. Es probable que los nuevos métodos de cultivo, como los microfluídicos [182], amplíen la viabilidad del tejido y permitan la perfusión de la piel con factores biológicamente relevantes (y células inmunitarias) para aumentar la relevancia de ex vivo modelos de heridas.

En vivo los modelos todavía se utilizan ampliamente, y se prefieren los ratones para los estudios mecanicistas [183]. La multitud de líneas de ratones transgénicos disponibles (incluidas las líneas informadoras) permite la investigación temporal y espacial de la base molecular de en vivo cicatrización de la herida. No obstante, deben tenerse en cuenta las diferencias específicas de cepas y especies, especialmente al extrapolar conclusiones con fines de investigación traslacional. Los cerdos, aunque se usan con mucha menos frecuencia, proporcionan un modelo traslacional útil con una piel que se parece mucho a la de los humanos. Herir en ratones implica incisiones o escisiones de espesor total, sin embargo, se puede introducir variabilidad entre los laboratorios por los métodos utilizados para aplicar las heridas, los analgésicos y anestésicos utilizados y la forma en que se tratan las heridas (p. Ej., Entablilladas, ocluidas o dejadas para curar por segunda intención [184,185]). Esfuerzos continuos para estandarizar en vivo La metodología será esencial para aumentar la validez experimental y el progreso de la investigación de heridas actual y futura.

Se utiliza una serie de modelos preclínicos de cicatrización retardada para recapitular mejor las heridas crónicas humanas, desde úlceras por presión en ratones que utilizan imanes [186], hasta heridas infectadas en cerdos [187]. Como las personas con mayor riesgo de desarrollar heridas crónicas son ancianos o diabéticos, se deduce que los modelos de curación crónica más utilizados son los roedores ancianos y diabéticos [188]. La diabetes mellitus tipo I y tipo II (T1DM y T2DM) se puede modelar en ratones. La cicatrización retardada mediada por T1DM se estimula habitualmente mediante la inyección de estreptozocina [189,190], en la que el momento posterior a la inyección es fundamental para el fenotipo de cicatrización retardada [192]. Se utilizan ratones genéticamente alterados para imitar la DM2 a través de la leptina o la deficiencia del receptor de leptina. Estos ratones presentan obesidad mórbida a las 6-8 semanas de edad, muestran las características distintivas de la DMT2 (revisado en [193]) y muestran una cicatrización sustancialmente retrasada en comparación con sus compañeros de camada heterocigotos no diabéticos [194]. Sigue existiendo cierta controversia sobre si el retraso en la curación en ratones diabéticos es el resultado de hiperglucemia, deficiencia de leptina u obesidad [184].

Para imitar la patología de curación asociada a la edad, los ratones se hieren a los 18 meses o más (revisado en [195]). Los ratones jóvenes ovariectomizados proporcionan un modelo alternativo de envejecimiento acelerado, en el que la extirpación quirúrgica de los ovarios imita la menopausia humana [196]. En este caso, la pérdida de hormonas sexuales circulantes, en particular 17β-estradiol, produce un fenotipo de curación retardada que es en gran medida comparable al de los ratones de edad avanzada (revisado en [197]). A diferencia de los modelos diabéticos, limitados a la comparación con las heridas diabéticas, los modelos envejecidos tienen la ventaja de que emulan un factor de riesgo subyacente más generalizado para todas las heridas crónicas, la edad avanzada [198].

5. Terapias actuales y oportunidades futuras

El manejo de heridas comienza con una evaluación de la etiología de la herida y un enfoque centrado en el paciente para manejar los factores sistémicos y del estilo de vida. En el caso de las úlceras del pie diabético, el tratamiento local suele comenzar con el desbridamiento, la eliminación del tejido necrótico, infectado o hiperqueratósico mediante modalidades quirúrgicas o menos invasivas [5,199]. Se cree que la extracción del tejido crónico a la epidermis menos afectada, mientras se desencadena una respuesta de lesión aguda, pone en marcha las vías de curación reparadora normal [200]. A continuación, las heridas se irrigan con solución salina o antibacteriana y se aplica un apósito a medida [201]. Los apósitos actuales contienen una miríada de propiedades materiales para ayudar a la reparación de los tejidos e incorporan sustancias con efectos antimicrobianos o pro-cicatrizantes conocidos [202,203]. Hay disponibles soluciones más avanzadas, incluida la modalidad de tratamiento de heridas con presión negativa en constante evolución [204]. A pesar de los numerosos tratamientos disponibles, el tratamiento de heridas con las mejores prácticas actuales está dirigido casi exclusivamente a abordar las causas secundarias de la cronicidad, al tiempo que se basa en gran medida en el cumplimiento del paciente. Estos dos factores hacen que hasta el 40% de las heridas crónicas persistan durante muchos meses o años a pesar de un tratamiento extenso [102]. Sigue existiendo una necesidad clínica insatisfecha de abordar este déficit con terapias novedosas que sean económica, fisiológica y prácticamente viables para el entorno del cuidado de heridas.

Un factor importante que contribuye a la recalcitrancia crónica de las heridas es la infección por biofilm persistente y resistente a los antibióticos. Por tanto, no es sorprendente que una gran parte de la investigación reciente sobre heridas se haya centrado en el desarrollo de nuevas terapias antimicrobianas y anti-biofilm. Los antimicrobianos tradicionales no antibióticos, como las sales de plata, alivian la carga bacteriana pero son citotóxicos para el huésped, mientras que las formulaciones modernas (por ejemplo, nanopartículas) tienen una citotoxicidad más baja y también pueden promover la cicatrización de heridas (revisado en [205]). Los tratamientos antimicrobianos emergentes que también pueden mostrar funciones beneficiosas en la reparación de tejidos incluyen el plasma atmosférico frío [206,207] y el vidrio bioactivo [179,208].

La mayoría de los antimicrobianos muestran efectos amplios y no están dirigidos a especies y cepas patógenas específicas. Esto es importante, ya que las bacterias comensales tienen un papel positivo en el mantenimiento de la piel y la reparación de heridas (revisado en [209]) y, a diferencia de sus contrapartes patógenas, las biopelículas comensales no provocan un retraso persistente de la cicatrización en las heridas diabéticas [166]. Como resultado, tratamientos más dirigidos para bacterias patógenas, como la terapia con fagos [210] o la inhibición farmacológica de los mecanismos de virulencia bacteriana, como la detección de quórum [211], pueden conferir mayor especificidad y eficacia. Además, la mayoría de los tratamientos se centran en el componente bacteriano de la infección, pero la diversidad fúngica de las heridas también está relacionada con el resultado de la cicatrización [212]. Por lo tanto, para dilucidar el papel de las interacciones huésped-microorganismo en la reparación patológica, la investigación prospectiva debe reconocer el ecosistema de la herida en su totalidad.

Los estudios experimentales están proporcionando nuevos conocimientos sobre los correlatos moleculares y celulares subyacentes a la patología crónica de las heridas. Esto, a su vez, ofrece nuevas y emocionantes vías para la prevención e intervención terapéuticas futuras. Por ejemplo, las heridas crónicas se ven afectadas por altos niveles de senescencia celular [141,142]. Los fármacos senolíticos como la quercetina se dirigen a las células senescentes y ya han demostrado ser prometedores para reducir la carga de células senescentes en patología [213,214] y mejorar los síntomas de la diabetes, incluida la inflamación y la hiperglucemia (revisado en [215]). Además, el bloqueo del receptor ligado a la senescencia, CXCR2, acelera directamente la reparación de heridas diabéticas. en vivo [112]. La reutilización de estos tratamientos existentes (se han probado varios fármacos senolíticos y antagonistas de CXCR2 en ensayos clínicos [216,217]) ofrece un enfoque atractivo para el tratamiento de heridas. Otras estrategias dirigidas a células incluyen la administración de células madre (revisadas en [218]), factores de crecimiento (revisados ​​en [219]) y terapias génicas (revisadas en [220]). Los principales efectos reparadores de las terapias emergentes y potenciales para heridas crónicas se describen en la figura 3.

Figura 3. Tratamientos tradicionales y novedosos para heridas crónicas y sus principales efectos tisulares. El desbridamiento del tejido infectado y necrótico, seguido del uso de apósitos a medida, es común en el tratamiento de heridas, con el objetivo de reducir la carga microbiana, atenuar la inflamación y proporcionar un entorno más adecuado para la cicatrización. Están surgiendo terapias antimicrobianas para alterar las biopelículas y eliminar selectivamente los organismos patógenos, en lugar de comensales. EPS = sustancia polimérica extracelular. QS = detección de quórum. ABs = antibióticos. Las terapias celulares como las células madre mesenquimales (MSC) pueden beneficiar múltiples aspectos de la reparación de heridas. re-ep = reepitelización. Finalmente, atacar la senescencia crónica de la herida con senolíticos (p. Ej., Metformina o antagonistas de CXCR2) puede ser una opción viable para reducir la inflamación y promover la cicatrización.

6. Conclusión

La alta diversidad celular, complejidad y plasticidad de la cicatrización de heridas proporciona un desafío considerable para dilucidar de manera integral. Si bien este sigue siendo un objetivo desconcertante, es esencial que sigamos esforzándonos por comprender más plenamente los mecanismos que sustentan la curación tanto normal como patológica. Si bien no están exentos de limitaciones, los modelos de heridas emergentes brindan una oportunidad sin precedentes para explorar más a fondo las características moleculares y celulares de la reparación de heridas. La combinación de estos enfoques con tecnologías novedosas "ómicas" de tejidos, células y moléculas hará avanzar considerablemente nuestra comprensión de la patología de las heridas. De hecho, el futuro es muy prometedor para el desarrollo de nuevas estrategias terapéuticas innovadoras para el cuidado avanzado de heridas.


La Universidad de Minnesota, Mayo, informa sobre el éxito en la lucha contra el COVID con la terapia antienvejecimiento

Las pruebas de una terapia antienvejecimiento en ratones están impulsando las esperanzas en Mayo Clinic y la Universidad de Minnesota sobre un posible tratamiento con COVID-19 que podría reducir las muertes y las hospitalizaciones y mejorar la eficacia de la vacuna.

La supervivencia aumentó en ratones con enfermedades similares a COVID cuando recibieron medicamentos que eliminaron las células senescentes, a veces llamadas células "jubiladas" o "zombis" que ya no se dividen ni crecen, pero persisten en el cuerpo, según una investigación publicada el martes por Mayo y U investigadores de la revista Science.

Si bien el éxito en ratones no garantiza el éxito en las personas, los resultados dan confianza a los investigadores a medida que avanzan con dos ensayos clínicos en humanos en los que eliminan las células senescentes de los pacientes con COVID-19 utilizando altas dosis del suplemento fisetina. Las células senescentes aumentan con la edad y las enfermedades crónicas y podrían explicar por qué las personas mayores y menos saludables representan más del 90% de las 7,477 muertes por COVID-19 en Minnesota.

"Si tienes muchas células senescentes, lo que va a pasar es que vas a tener una respuesta exagerada. Y vas a tener todas estas cosas que suceden en las personas mayores que las matan con COVID". dijo el Dr. James Kirkland, director del Kogod Center on Aging de Mayo y autor principal del estudio de Science.

Kirkland y sus colegas fueron de los primeros en plantear la hipótesis de cómo los agentes infecciosos provocan que las células senescentes aumenten la inflamación dañina en el cuerpo. También descubrieron cómo sustancias como la fisetina, un agente colorante en frutas y verduras, eliminan las células senescentes.

El último hallazgo se produce en medio de una disminución sustancial en la actividad de COVID-19 en Minnesota, que el miércoles informó que su tasa de nuevas infecciones cayó por debajo del umbral de precaución pandémica del estado por primera vez desde abril de 2020. Las hospitalizaciones por COVID-19 en Minnesota cayeron a 192 el martes, el número más bajo desde la primavera del año pasado. El estado ha reportado 603,144 infecciones en la pandemia, agregando 150 infecciones más el miércoles junto con ocho muertes más por COVID-19.

Si bien el progreso de la vacunación se ha ralentizado, casi 3 millones de personas de 12 años o más en Minnesota han recibido una inyección y 2,7 ​​millones han completado la serie de una o dos dosis. Los investigadores de Mayo y U dijeron que una nueva terapia sería fundamental incluso si la pandemia se disipa en Minnesota. Otras partes del mundo no han recibido un amplio acceso a la vacuna y necesitan tratamientos para combatir la pandemia, que también podría aumentar nuevamente en los EE. UU. Si las variantes del coronavirus se vuelven más graves o resistentes a las vacunas.

La investigación sobre la senescencia en Mayo y la U comenzó años antes del COVID-19, pero se adaptó para ver si podía hacer una diferencia en la pandemia. Los descubrimientos de este trabajo podrían conducir a terapias con células senescentes para personas con diversas afecciones de envejecimiento, como artritis o demencia, o tratamientos para la próxima pandemia.

"Este enfoque está mejorando la resistencia a la exposición a patógenos, uno de los cuales es coronavirus como el SARS-CoV-2, en los ancianos", dijo Paul Robbins, codirector del Instituto de Biología del Envejecimiento y Metabolismo de la Facultad de Medicina de la Universidad de California. "Esto simplemente aumentará las posibilidades de supervivencia, ya sea por neumonía, COVID-19 o COVID-24 o lo que sea a continuación".

Una contribución clave de U fue su "instalación de ratones sucios", que mezclaba ratones de laboratorio prístinos con ratones comunes que portaban un coronavirus similar al que causa el COVID-19 en las personas. Todos los ratones de laboratorio más viejos murieron después de la exposición, mientras que los más jóvenes sobrevivieron. Sin embargo, cuando los ratones más viejos recibieron tratamiento para reducir las células senescentes, más de la mitad sobrevivieron.

Tenía sentido intuitivo que la eliminación de células senescentes podría abordar condiciones relacionadas con el envejecimiento, dijo la Dra.Laura Niedernhofer, la otra codirectora del Centro de envejecimiento y autora principal del informe de Science, pero fue sorprendente ver su impacto en un Infección nueva y no relacionada.

"Es bastante sorprendente que este enfoque para tratar la biología del envejecimiento lo proteja de [los malos resultados de] la infección", dijo.

Uno de los ensayos de Mayo ha reclutado a 51 de un objetivo de 70 pacientes hospitalizados con COVID-19 para comparar los resultados y los niveles de anticuerpos entre los que reciben fisetina y los que no.

Mayo y la U están comenzando un segundo ensayo con fisetina para tratar de prevenir la enfermedad y las complicaciones graves de COVID-19 en los residentes de hogares de ancianos, cuyas edades y enfermedades pueden hacer que las vacunas sean menos efectivas.

"Las células senescentes reducen la capacidad de las células normales para combatir los virus", dijo Kirkland, y "regulan positivamente" los procesos en los que los virus se unen a las células sanas y entran en ellas.

Medicamentos como la metformina ya se están probando en la U y otras instituciones para interferir con esos procesos en personas con COVID-19. Si bien la fisetina está disponible sin receta como suplemento antienvejecimiento, Kirkland desalentó a las personas a tomarla por su cuenta para protegerse contra el COVID-19.

El nivel de dosificación es probablemente demasiado bajo en los suplementos para tener un impacto, dijo, en comparación con las dosis de grado clínico que se utilizan en los ensayos. Sin embargo, existen riesgos desconocidos al tomar altas dosis de fisetina, que Mayo recibió permiso para administrar después de presentar el tipo de solicitud de nuevo fármaco en investigación ante la Administración de Drogas y Alimentos de EE. UU. Que generalmente se reserva para nuevos fármacos experimentales.

"Estamos jugando con un mecanismo de envejecimiento fundamental", dijo Kirkland. "No sabemos cuáles podrían ser todas las posibles desventajas".

Jeremy Olson es una reportera ganadora del premio Pulitzer que cubre la atención médica para el Star Tribune. Con formación en investigación y reportajes asistidos por computadora, Olson ha cubierto temas de política, servicios sociales y familiares.


El tratamiento de las células precancerosas dependerá nuevamente de la ubicación de las células. A veces, todo lo que se recomienda es un seguimiento estrecho para ver si el nivel de displasia progresa o se resuelve sin tratamiento.

A menudo, las células precancerosas se eliminarán mediante un procedimiento como crioterapia (congelación de las células) o cirugía para extirpar la región en la que se encuentran las células anormales.

Incluso si se eliminan las células anormales, es importante tener en cuenta que cualquier cosa que haya causado que las células se vuelvan anormales en primer lugar puede afectar a otras células en el futuro, y es importante realizar un seguimiento cuidadoso a largo plazo.

Si las células anormales del cuello uterino se tratan con crioterapia, seguirá siendo importante vigilar en el futuro los problemas recurrentes con las pruebas de Papanicolaou. Y si el esófago de Barrett se trata con crioterapia, aún necesitará que le controlen el esófago a intervalos en el futuro.

Para algunas anomalías, su médico puede recomendar la quimioprevención. Este es el uso de un medicamento que reduce el riesgo de que las células se vuelvan anormales en el futuro.

Un ejemplo de esto es tratar una infección con la bacteria H. pylori en el estómago. Deshacerse de las bacterias del cuerpo parece reducir las células precancerosas y el desarrollo de cáncer de estómago.

Los investigadores están analizando el uso de varios medicamentos y vitaminas para ver si su uso en exfumadores y fumadores actuales reducirá el riesgo de desarrollar cáncer de pulmón en el futuro.

Un último e importante punto a destacar es recordar que, en algunos casos, la progresión de los cambios precancerosos puede verse alterada por nuestro entorno: los alimentos que comemos, el ejercicio que hacemos y las elecciones de estilo de vida que hacemos. Una dieta rica en alimentos que contienen ciertas vitaminas, por ejemplo, puede ayudar al cuerpo a eliminar el virus del VPH más rápidamente.

De manera similar, evitar sustancias que pueden ser responsables de cambios precancerosos (como el tabaco) puede reducir el riesgo de que las células precancerosas progresen o la formación de más células precancerosas en el futuro.

Un ejemplo es la situación del tabaquismo y el cáncer de cuello uterino. Si bien fumar no parece causar cáncer de cuello uterino, combinar el tabaquismo con una infección por VPH aumenta la posibilidad de que se desarrolle un cáncer.


Introducción

Serotonina periférica versus central

La serotonina [5-hidroxitriptamina (5-HT)] tiene dos vidas: como neurotransmisor, regula el sueño, el apetito, el estado de ánimo y otras funciones cerebrales importantes y está separada por la barrera sanguínea del cerebro y se sintetiza de una manera diferente. un papel central en muchos otros sistemas de órganos como una hormona periférica (Figura 1) (1, 2). De hecho, la mayor parte de la serotonina del cuerpo circula en el torrente sanguíneo, transportada por las plaquetas sanguíneas (3). La mayor parte de la serotonina periférica es sintetizada por TPH1 en las células enterocromafines del intestino, secretada al torrente sanguíneo y luego captada por las plaquetas circulantes (4). Las plaquetas almacenan serotonina en concentraciones muy altas en sus gránulos densos (a 65 mM) y la secretan al activarse (5). Las concentraciones de serotonina plasmática en reposo (alrededor de 10 nM) pueden aumentar rápidamente a 10 & # x000B5M o más cuando las plaquetas se activan en el sitio de formación de trombos o inflamación (6, 7).

Figura 1. Los efectos de la serotonina central y periférica.

Descubierto por Rapport et al. en 1948 como vasoconstrictor (8), desde entonces se han descrito continuamente nuevas funciones de la serotonina. Estas funciones están mediadas por miembros de las 7 clases conocidas de subtipos de receptores de serotonina de mamíferos (15 subtipos conocidos), el transportador de serotonina (SERT) y por la unión covalente de la serotonina a diferentes proteínas efectoras. y colegas (3, 9). La serotonina periférica participa en la regulación de la hemostasia, la frecuencia cardíaca, el tono vascular, la motilidad intestinal, el crecimiento celular en el hígado, los huesos y las arterias pulmonares, y el desarrollo del corazón, el cerebro y las glándulas mamarias (3). Además, se han atribuido a la serotonina varias funciones inmunorreguladoras (como se describe a continuación).

Teóricamente, la serotonina periférica, o predominantemente derivada de plaquetas, o central, neuronal, o ambas, podría modular las respuestas inmunitarias. En su artículo de revisión, de 1998, M & # x000F6ssner y Lesch discutieron la posibilidad de una interacción neural-inmune vía el sistema nervioso autónomo, pero se encontró que solo se cumplen dos de los cuatro criterios en el caso de la serotonina (6): los receptores de serotonina están presentes en las células inmunes y la serotonina tiene efectos inmunorreguladores. Sin embargo, otros dos criterios no se aplican en el caso de la serotonina. Un criterio es la asociación local de fibras nerviosas específicas de neurotransmisores con células inmunes (aunque las terminales noradrenérgicas de las células del músculo liso pueden captar serotonina, de forma similar a la médula suprarrenal) (10, 11). El otro criterio es el suministro exclusivo de neurotransmisores de las células / órganos diana inmunes por parte de las neuronas, es decir, que el órgano diana podría estar agotado de serotonina por denervación. Por tanto, es más probable que la serotonina derivada de fuentes no neuronales ejerza la mayoría de los efectos inmunorreguladores. De acuerdo, Roszman et al. A partir de varios estudios, concluyó que los efectos inmunomoduladores de la serotonina están mediados principalmente a través de mecanismos periféricos dirigidos hacia las células inmunitarias circulantes (2). Las posibles fuentes de serotonina periférica son el plasma (a niveles nanomolares bastante estables), los monocitos / macrófagos, los linfocitos, las células del músculo liso vascular, los adipocitos, los mastocitos (aunque durante mucho tiempo se pensó que los mastocitos humanos no contenían serotonina) y las plaquetas (6, 12 & # x0201315). Los mastocitos locales (probablemente roedores y humanos) producen, almacenan y liberan serotonina en el espacio extravascular y en parte, incluso bajo control neural (6, 16, 17). Aún así, la gran mayoría de la serotonina periférica total se almacena en las plaquetas y se libera tras la activación plaquetaria (alcanzando niveles micromolares) (3, 5). Por lo tanto, al menos los efectos intravasculares están ciertamente mediados por la serotonina plaquetaria.

La serotonina plaquetaria en las respuestas inmunitarias

En 1960, Davis et al. observó que la serotonina, las plaquetas y la inflamación estaban estrechamente relacionadas: en el primer minuto después de la inyección de una dosis letal de E. coli endotoxina, observaron una fuerte disminución en el recuento de plaquetas y la serotonina sérica, acompañada de un aumento transitorio de la serotonina plasmática en perros (18). Ahora se sabe que las plaquetas (como vehículos de transporte) aseguran la liberación dirigida de serotonina en entornos activadores de plaquetas como un trombo o una reacción inflamatoria. En los sitios inflamatorios, no solo los factores solubles como el factor activador de plaquetas, la anafilatoxina C5a del complemento y los complejos inmunitarios que contienen IgE, sino también las bacterias o parásitos, así como las interacciones endoteliales de plaquetas activan las plaquetas, lo que resulta en la secreción de serotonina (6, 19 & # x0201322) . Se demostró que la serotonina ejerce funciones tanto en la inmunidad innata como en la adaptativa. La serotonina estimula los monocitos (23) y los linfocitos (24) y, por lo tanto, influye en la secreción de citocinas. Las células del músculo liso vascular responden a la serotonina sintetizando interleucina (IL) -6, un mecanismo posiblemente aterogénico (25). En contraste con estas descripciones de una función proinflamatoria de la serotonina, la activación específica del subtipo del receptor 5-HT2A en las células del músculo liso aórtico primario presenta una inhibición superpotente de la inflamación mediada por el factor de necrosis tumoral (TNF) - & # x003B1 (26) . Este efecto también se demostró en vivo en un modelo animal. La activación selectiva sistémica del receptor 5-HT2A con (R) -DOI bloquea la respuesta inflamatoria sistémica regulando negativamente la expresión de genes proinflamatorios y previniendo el aumento de IL-6 circulante inducido por TNF (27).

Varios otros hallazgos aparentemente contradictorios subrayan la complejidad de los efectos periféricos de la serotonina. Dos informes contradictorios describen la interacción entre los leucocitos y el endotelio inflamado tras la intervención serotoninérgica. Kubes y Gaboury demostraron en 1996 que los mastocitos perivasculares, que se cree que internalizan rápidamente la serotonina y también sintetizan la serotonina vía TPH1, secreta serotonina para inducir una fase temprana de formación de edema independiente de los leucocitos (16, 28, 29). El reclutamiento de leucocitos no pareció depender de la serotonina (derivada de los mastocitos). En 2007, Walther et al. encontraron que la adhesión de los leucocitos al endotelio inflamado después de la inyección de endotoxina dependía de la activación de los receptores de serotonina como lo demuestra el bloqueo farmacológico (30). M & # x000FCller y col. encontraron en 2009 que la migración de células dendríticas y la liberación de citocinas estaban moduladas por la serotonina (31). En nuestros estudios recientes, el reclutamiento de leucocitos a los sitios de inflamación se altera en ausencia de serotonina (derivada de las plaquetas) y aumenta si los niveles de serotonina plasmática aumentan (32, 33).

En 1999, Gershon comentó la complejidad de los efectos periféricos de la serotonina de manera irónica (34): & # x0201C5-HT ha deleitado a todo farmacólogo que lo haya aplicado a una preparación gastrointestinal, siempre sucede algo, sin importar las circunstancias experimentales. Por ejemplo, dependiendo de las condiciones, la 5-HT puede hacer que el intestino se contraiga o se relaje, secrete o no secrete. El problema que ha obstaculizado los intentos de determinar lo que realmente hace la 5-HT para el intestino ha sido que puede hacer demasiado. & # X0201D En 2009, Berger incluso contó & # x0201CMyriad efectos de la serotonina fuera del sistema nervioso central & # x0201D (3). La misma complejidad parece aplicarse también al papel de la serotonina en la inmunidad [Figura 3 (40)]. En conclusión, hasta la fecha, el conocimiento en este campo sigue siendo incompleto, pero asigna una variedad de funciones inmunomoduladoras importantes a la serotonina periférica.