El sistema inmunitario es una compleja red de muchos tipos de células que trabajan en conjunto para defenderse de los agentes invasores. El éxito al combatir una infección depende de las interacciones entre estas células.
Un nuevo dispositivo desarrollado por ingenieros del MIT ofrece una imagen mucho más detallada de esa comunicación celular. Con este dispositivo, que captura pares de células y recopila datos de cada una mientras interactúan, los investigadores ya han aprendido más sobre cómo se activan durante una infección las células T —protagonistas importantes de la respuesta inmunitaria—.
El dispositivo se basa en tecnología microfluídica desarrollada por Joel Voldman, profesor de ingeniería eléctrica e informática (EECS) del MIT, en 2009. Su equipo utilizó esa versión anterior para fusionar células adultas con células madre embrionarias, lo que permitió a los investigadores observar la reprogramación genética que se produjo en estos híbridos.
Tras ese estudio, inmunólogos se pusieron en contacto con Voldman para preguntarle si el dispositivo podía adaptarse al estudio de las células inmunitarias. «Gran parte de lo que ocurre en el sistema inmunitario consiste en que las células se comunican con otras al entrar en contacto con ellas», afirma Voldman, uno de los autores principales de un artículo que describe el nuevo dispositivo, publicado en el número del 13 de enero de Nature Communications.
Voldman y Burak Dura, autor principal del artículo y estudiante de posgrado de EECS, dedicaron varios años a rediseñar el dispositivo para que funcionara con células inmunitarias, mucho más pequeñas que las células analizadas en 2009. Hidde Ploegh, profesor de biología del MIT y miembro del Whitehead Institute for Biomedical Research, también es autor principal del artículo.
Contacto controlado
Hasta ahora, la forma más habitual de medir las interacciones entre dos tipos de células consistía en mezclarlas en un tubo de ensayo y observarlas. Sin embargo, este método tiene una utilidad limitada, porque no hay garantía de que cada célula interactúe con una sola otra célula.
«Toda esa falta de control dificulta interpretar los resultados que se obtienen», afirma Voldman.
En cambio, el dispositivo de Voldman permite controlar por completo los emparejamientos celulares. El dispositivo consta de un chip con cavidades de captura de células, dispuestas estratégicamente para capturarlas y emparejarlas. Primero, las células de tipo A fluyen por el chip en una dirección y quedan atrapadas en cavidades individuales. Después, se invierte el flujo del líquido, lo que lleva las células A a cavidades más grandes situadas frente a las cavidades individuales. Cuando cada célula A está en una cavidad grande, se hacen fluir las células B, y cada una se une a una célula A en las cavidades grandes.
Esta técnica permite a los investigadores seguir cientos de pares de células a lo largo del tiempo y observar qué sucede en cada célula, algo que antes no era posible. También les permite controlar con precisión el momento de las interacciones celulares.
«Conocemos el tiempo exacto de contacto y podemos mantenerlas en contacto mientras permanezcan dentro de las cavidades», afirma Dura. «Esto nos permite no solo medir los parámetros de cada célula por separado, sino también hacer mediciones de ambas células en conjunto y correlacionar sus respuestas».
En la nueva versión del dispositivo, los investigadores añadieron imágenes de alta resolución, lo que les permite ver cuándo fluctúan los niveles de calcio de las células y cuándo activan un tipo de señalización proteica conocida como fosforilación.
«Es una forma muy elegante de realizar estos experimentos», afirma Hang Lu, profesora de ingeniería química y biomolecular del Georgia Institute of Technology, quien no participó en la investigación. «Está muy bien controlado y se sabe exactamente dónde buscar las células, lo que hace que obtener imágenes de ellas sea sumamente eficaz y de alto rendimiento».
El inicio de una respuesta inmunitaria
En el artículo de Nature Communications , Dura colaboró con Stephanie Dougan, antigua investigadora posdoctoral del Whitehead Institute, para estudiar la interacción entre las células T y las células B, fundamental para iniciar una respuesta inmunitaria. Cuando las células B encuentran virus o bacterias, los absorben y presentan fragmentos de proteínas virales o bacterianas (conocidos como antígenos) en sus superficies celulares. Cuando estas células B encuentran células T con receptores que reconocen el antígeno, las células T se activan, lo que las impulsa a liberar citocinas —sustancias químicas inflamatorias que controlan la respuesta inmunitaria— o a buscar y destruir células infectadas.
Aunque todas las células T de este estudio tenían receptores de células T idénticos, el equipo del MIT descubrió que no todas respondían de la misma manera tras encontrarse con células B que presentaban antígenos idénticos en sus superficies.
Mediante imágenes de calcio para medir la activación de las células T, los investigadores descubrieron que el nivel inicial de activación depende de la cantidad de antígeno presentado. Cuando los niveles son altos, la mayoría de las células responde de la misma manera. Sin embargo, con niveles más bajos de antígeno, las respuestas de las células T varían mucho. Estas diferencias también se correlacionaban con diferencias en la producción de citocinas de las células T.
En futuros estudios, los investigadores esperan rastrear con más detalle cómo las células T atraviesan el proceso de toma de decisiones que determina su destino final. También planean investigar otros tipos de interacciones; por ejemplo, cómo las células inmunitarias llamadas células asesinas naturales reconocen y destruyen células cancerosas.
La investigación recibió financiación de la Singapore-MIT Alliance, la AACR-Pancreatic Cancer Action Network, Janssen Pharmaceuticals y la Frank Quick Faculty Research Innovation Fellowship.
Este artículo se publica en colaboración con MIT News. Su publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autora: Anne Trafton es colaboradora invitada de MIT News.
Imagen: Investigadores del MIT han diseñado un dispositivo microfluídico que les permite atrapar con precisión pares de células (una roja y otra verde) y observar cómo interactúan a lo largo del tiempo. Burak Dura.
