¿Por qué algunas personas infectadas por el virus del Nilo Occidental desarrollan infecciones potencialmente mortales, mientras que otras ni siquiera saben que tuvieron algo más que una picadura de mosquito? Este misterio médico es solo una de las preguntas que Ruth Montgomery, profesora asociada de Medicina en la Facultad de Medicina de Yale, busca explorar mediante una herramienta transformadora para la investigación traslacional.
Se llama CyTOF, sigla de citometría por tiempo de vuelo, y ofrece a los investigadores una visión de las complejidades de las células inmunitarias como nunca antes. Establecida en Yale el año pasado, la herramienta CyTOF es una de unas 90 que utilizan investigadores y empresas farmacéuticas de todo el mundo.
«Realmente ofrece algunas ventajas», dijo Montgomery, quien dirige las instalaciones de CyTOF de Yale en la Facultad de Medicina de Yale. «Los investigadores que están ansiosos por impulsar sus descubrimientos querrán utilizar la mejor tecnología que puedan».
Con esta tecnología, los investigadores que estudian una variedad de afecciones —desde el virus del Nilo Occidental hasta la esclerosis múltiple, la diabetes y el cáncer— pueden generar un nivel sin precedentes de datos detallados sobre células a partir de muestras relativamente pequeñas. Los datos les ayudan a identificar subtipos celulares que antes no se habían detectado, lo que profundiza su comprensión de la biología celular y las enfermedades humanas.
Una mirada más profunda a los datos celulares
Antes de la aparición de CyTOF en 2009, los científicos recopilaban datos sobre las características celulares con una tecnología más antigua conocida como citometría de flujo. Mediante esta técnica, los investigadores marcan componentes celulares, como marcadores de superficie o proteínas, con sondas fluorescentes unidas a anticuerpos y hacen pasar esas células por láseres. Cuando los láseres las alcanzan, las sondas fluorescentes emiten distintas longitudes de onda de luz, que el citómetro detecta y convierte en datos legibles.
La citometría de flujo permite a los investigadores usar de 8 a 10 marcadores fluorescentes —por lo general, anticuerpos— para captar datos sobre características celulares clave. En cambio, CyTOF emplea una técnica llamada espectrometría de masas y metales de tierras raras en lugar de compuestos fluorescentes, por lo que los científicos pueden usar unos 40 marcadores (y hasta 100 en el futuro). Esto se traduce en cuatro o cinco veces más información.
Según el presidente del Departamento de Neurología de Yale, el Dr. David Hafler, quien trabajó con Montgomery para llevar CyTOF a Yale, la diferencia es comparable a observar las estrellas con un telescopio estándar en vez de un telescopio refractor de calidad de observatorio. «Me permite pasar de ver lo que hay en la superficie de la célula a definir en profundidad su funcionamiento interno», dijo.
Análisis SPADE que muestra los múltiples subtipos de células inmunitarias y no inmunitarias que la tecnología CyTOF puede detectar en una sola muestra. (Imagen del Dr. Yi Yao)
La búsqueda de pistas celulares
En las instalaciones de CyTOF que dirige, Montgomery aplica la tecnología al estudio de cómo el envejecimiento afecta la respuesta inmunitaria a las infecciones y las enfermedades autoinmunes. Junto con colegas de Yale de Medicina Interna e Inmunobiología, fue autora de un artículo publicado en el Journal of Immunological Methods en 2014, que demostró la capacidad de la tecnología para detectar múltiples señales en una muestra de apenas entre 1.000 y 10.000 células.
En concreto, utiliza CyTOF para explorar el papel de las células asesinas naturales (NK) en la respuesta inmunitaria al virus del Nilo Occidental. «Ahora mismo estamos analizando células NK de pacientes que tuvieron un caso muy grave del virus del Nilo Occidental y de pacientes que nunca supieron que habían estado enfermos por el virus del Nilo Occidental, y estamos caracterizando sus células NK», explica. Con un panel de 40 marcadores, Montgomery y sus colegas ya han podido distinguir diferencias entre las células NK obtenidas de los dos grupos de pacientes. La investigación podría ayudar a explicar las diferencias en la respuesta inmunitaria a la infección y beneficiar potencialmente a quienes más sufren las consecuencias de la enfermedad, señala Montgomery.
De manera similar, en su laboratorio, Hafler aplica CyTOF al estudio de las complejidades celulares que subyacen a enfermedades como la esclerosis múltiple y el cáncer. En un proyecto actual, su equipo investiga tipos específicos de células inmunitarias extraídas de tumores cerebrales. «Estamos aislando células T de tumores cerebrales», explica. «Podemos observar más de 35 moléculas funcionales distintas en la superficie de las células T para definir su función».
Comprender cómo funcionan simultáneamente múltiples moléculas en una sola célula puede revelar pistas sobre cómo los tumores cerebrales logran sobrevivir y prosperar pese a las células T, dijo. «Cuanto mejor podamos definir cómo el tumor evade el sistema inmunitario, más específico podrá ser el tratamiento. Al observar múltiples marcadores, podemos definir con mayor precisión la terapia que se aplicará en adelante».
La mirada puesta en las terapias inmunitarias y la prevención
En su laboratorio, el profesor de Inmunología, el Dr. Kevan Herold, ha utilizado la tecnología para explorar cuestiones clave sobre la diabetes tipo 1, una afección autoinmune. CyTOF ayuda a su equipo a obtener más datos sobre un repertorio limitado de células específicas de la diabetes tipo 1, que suele manifestarse durante la infancia.
«Queremos entender cuáles son los objetivos de las células que causan la diabetes», dijo. «¿Qué las activa? ¿Qué las desactiva? ¿Hay vías implicadas que podamos abordar con terapias? Ese es el tipo de preguntas que nos interesan».
El objetivo no es solo desarrollar una terapia inmunitaria para tratar la diabetes tipo 1, sino también, potencialmente, utilizar los datos para prevenirla. «Hay células T reactivas a antígenos que se encuentran en personas con riesgo de diabetes tipo 1», dijo Herold. «Algunas de esas personas llegan a desarrollar diabetes; otras no. Lo que queremos es averiguar quiénes llegarán a desarrollarla para poder prevenirla». Por ejemplo, si identifica un marcador que diferencie los tipos de pacientes, ese hallazgo podría señalar un objetivo para estrategias preventivas, indica Herold.
El trabajo de Montgomery, Hafler y Herold quizá sea solo la punta del iceberg. Con esta herramienta más potente para analizar células, los científicos de Yale pueden ahora analizar en profundidad y elaborar perfiles de poblaciones enteras de células inmunitarias para estudiar el cáncer y otras enfermedades complejas. Sus descubrimientos contribuirán al creciente número de estudios revisados por pares que utilizan CyTOF y a las terapias inmunitarias que surjan.
«Solemos pensar que nuestros análisis de células son unidimensionales o bidimensionales. Ahora son de 40 dimensiones», dijo Herold. «Es probable que este enfoque, con tantos parámetros, redefina las poblaciones de células T. Mejorará nuestra forma de entender el repertorio inmunitario».
Este artículo se publica en colaboración con Yale News. La publicación no implica que el Foro Económico Mundial respalde estas opiniones.
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Autor: Ziba Kashef es escritora sénior, editora y consultora de comunicaciones que ayuda a empresas y organizaciones a alcanzar objetivos estratégicos.
Imagen: Células del virus de la influenza, resaltadas mediante un microscopio fluorescente, identificadas durante las pruebas. REUTERS/Adrees Latif.
