Molte persone consultano i loro amici e vicini prima di prendere una grande decisione. Si scopre che anche le cellule stanno consultando i loro vicini nel corpo umano.
Scienziati e medici sanno da tempo che le cellule immunitarie migrano verso il sito di un’infezione, che gli individui sperimentano come infiammazione – gonfiore, arrossamento e dolore. Ora, i ricercatori della Northwestern University e della University of Washington hanno scoperto nuove prove di come questo incontro non è solo una conseguenza dell’attivazione immunitaria. Le cellule immunitarie contattano i loro vicini prima di decidere se il sistema immunitario debba o meno innestarsi.
Comprendere come influenzare l’infiammazione e attivare una risposta immunitaria potrebbe portare a nuove terapie per curare le malattie autoimmuni croniche o per mobilitare il sistema immunitario per aiutare a combattere il cancro.
“Questo è un aspetto precedentemente non riconosciuto della funzione immunitaria”, ha dichiarato Joshua Leonard della Northwestern, che ha co-condotto lo studio. “Le cellule prendono una decisione coordinata. Non si attivano in modo uniforme, ma decidono collettivamente quante celle si attiveranno, in modo che insieme il sistema possa respingere una minaccia senza reagire pericolosamente.”
“Una parte fondamentale di questo lavoro si basava sullo sviluppo di nuovi modelli computazionali per interpretare i nostri esperimenti e chiarire come le cellule eseguono calcoli per prendere decisioni coerenti”, ha dichiarato Neda Bagheri dell’Università di Washington, che ha co-guidato il lavoro con Leonard.
La ricerca è stata pubblicata il 13 febbraio sulla rivista Nature Communications .
Il sistema immunitario del corpo lavora costantemente per mantenere un delicato equilibrio. Quando viene introdotta una minaccia, il sistema deve rispondere con forza per combattere l’infezione o la malattia, ma non senza esagerare per non causare danni.
“Quando si tratta di risposte immunitarie, è la differenza tra vita e morte”, ha detto Leonard. “Se il tuo corpo reagisce in modo eccessivo a un’infezione batterica, allora potresti morire per shock settico. Se il tuo corpo non risponde abbastanza, allora potresti morire per infezione dilagante. Per rimanere in salute è necessario che il corpo raggiunga un equilibrio tra questi estremi. ”
Leonard, Bagheri e i loro team volevano capire meglio come il sistema immunitario prende questo tipo di decisioni.
“È particolarmente interessante perché il sistema immunitario è decentralizzato”, ha detto Muldoon. “Le cellule immunitarie sono agenti individuali che hanno bisogno di lavorare insieme e la natura ha trovato una soluzione per come possono accedere alla stessa pagina. Le cellule arrivano a diversi stati di attivazione, ma in modo tale che, nel complesso, la popolazione risponde in modo calibrato. ”
Per esplorare questo fenomeno, i ricercatori hanno esaminato i macrofagi, un tipo di cellula immunitaria che fa parte della prima linea di difesa per combattere le infezioni e le malattie. Hanno osservato come i macrofagi hanno risposto a una sostanza chimica prodotta dai batteri – una bandiera rossa che avvisa il corpo della presenza di infezione – usando tecniche che hanno permesso ai ricercatori di osservare le risposte delle singole cellule nel tempo. Hanno quindi usato modelli computazionali per aiutare a interpretare e spiegare queste osservazioni.
“Nel corso del tempo, le cellule osservano l’ambiente circostante per avere un’idea dei loro vicini”, ha detto Muldoon. “Ogni cellula è pronta a rispondere con una alta attivazione o meno. Ora che sappiamo che c’è questo strato aggiuntivo che controlla il sistema immunitario, si apre un’intera strada per studiare se ci sono nuovi obiettivi per l’immunomodulazione.”
I ricercatori ritengono che queste informazioni potrebbero essere utilizzate per aiutare a progettare farmaci migliori e per guidare la progettazione di terapie avanzate basate sulle cellule.
“La biologia ha sviluppato tanti modi affascinanti e sorprendenti per controllare processi complessi”, ha affermato Leonard. “Come biologi sintetici, lavoriamo per ingegnerizzare le cellule per svolgere funzioni terapeutiche personalizzate, come l’attivazione locale del sistema immunitario in un sito tumorale ma non in tutto il paziente. Comprendere le innovazioni della natura ci aiuta a elaborare nuovi progetti e ci consente di essere migliori ingegneri.”