Investigadores españoles dan un salto importante para predecir enfermedades cardiovasculares

El equipo de científicos del CNIC generan un modelo sencillo para estudiar el comportamiento de células inmunes en organismos vivos, y descubren uno “perjudicial” que se asocia a enfermedades cardiovasculares.

Los investigadores del Centro Nacional de Investigadores Cardiovasculares (CNIC), han descubierto que los neutrófilos adquieren diferentes ‘comportamientos’ en la sangre durante los procesos inflamatorios. En concreto, el estudio, que se publica en Nature, identifica una conducta asociada con las enfermedades cardiovasculares. Los neutrófilos son un tipo de célula inmune que ayuda a combatir las infecciones en el cuerpo, siendo una de las primeras células inmunitarias en reaccionar cuando entran microorganismos al cuerpo, tales como bacterias o virus. Los neutrófilos son, por tanto, las células inmunes que constituyen la principal línea de defensa del organismo, pero también son capaces de causar daño a las células sanas y al sistema cardiovascular. De hecho, “numerosos estudios han asociado la presencia de neutrófilos en sangre con un mayor severidad y riesgo de padecer problemas cardiovasculares”, asegura la primera autora del estudio, Georgiana Crainiciuc.

A pesar de ello, no es posible la eliminación de estos neutrófilos para proteger el sistema cardiovascular, ya que, en palabras de la investigadora, “generaría un estado de indefensión ante cualquier patógeno que sería contraproducente para el organismo”.

Para resolver este problema, los autores buscaron identificar tipos específicos de neutrófilos responsables del daño vascular. Para ello, analizaron el comportamiento de las células utilizando microscopía intravital de alta resolución, un tipo de tecnología que permite visualizar células dentro de los capilares sanguíneos en animales vivos.

El equipo diseñó un sistema computacional altamente novedoso capaz de analizar cómo se comportan las células en los vasos sanguíneos, mediante mediciones simples de cambios de tamaño, forma y movimiento de las células. De este modo se descubrió que estas células inmunes presentan tres patrones de conducta durante el transcurso de los procesos inflamatorios, pero que sólo una de ellas, caracterizada por un mayor tamaño y proximidad a las paredes de los vasos, estaba asociada al daño cardiovascular.

Fgr, una molécula asesina

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Neutrófilo con comportamiento asociado daño cardiovascular.

Los investigadores usaron análisis genéticos masivos en modelos animales y pudieron identificar las moléculas responsables de dichos comportamientos nocivos de los neutrófilos. Y tenemos ganadora: se trata de la Fgr. Es la responsable de este comportamiento patológico, y su detección ha sido clave para seleccionar un fármaco de una gran eficacia con el fin de prevenir la inflamación y la muerte celular tras un infarto de miocardio. “La idea ahora es continuar con los ensayos necesarios para que, en un futuro, se pueda utilizar este tratamiento en pacientes”, comenta Crainiciuc.

Los investigadores aseguran que el estudio no solo supone un gran paso a la hora de tratar enfermedades cardiovasculares, también es un hito por la metodología desarrollada para el estudio de células inmunes. “Las técnicas actuales son capaces de analizar una gran cantidad de genes y moléculas por célula, lo que ha permitido descubrir la existencia de numerosas poblaciones celulares relacionadas con el desarrollo de enfermedades” indica el Dr. Miguel Palomino-Segura, co-primer autor del estudio. No obstante, añade, “nuestro modelo es único porque permite identificar células, no por su posible perfil genético, sino por su tipo de actividad durante la enfermedad”.

Se trata, “de una aproximación completamente distinta al estudio de procesos inmunes, cuyo valor reside precisamente en que aprovecha el dinamismo de la enfermedad para generar nueva información”, recalca Palomino-Segura.

“Un aspecto clave es que los neutrófilos son capaces de cambiar su forma, actividad y capacidad migratoria en cuestión de segundos. Esta rápida metamorfosis solo puede ser capturada bajo el microscopio”, añade el Dr. Andrés Hidalgo, quien ha liderado la investigaciónn.

Nuevas tecnologías in vivo

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Ejemplo de neutrófilos dentro de un capilar sanguíneo capturados por microscopía intravital.

Para extraer todo el potencial de estas imágenes los investigadores han colaborado con ingenieros de la Universidad Carlos III de Madrid, que han desarrollado nuevas técnicas de visión artificial para medidas en tejidos vivos

El trabajo ha requerido también de un intenso desarrollo computacional capaz de combinar y comparar sistemáticamente una gran cantidad de datos procedentes de miles de células. “Es una tecnología que se ha estado aplicando a otro tipo de datos, pero este es el primer ejemplo con datos de microscopía in vivo y el resultado ha sido sorprendente”, resalta Jon Sicilia, co-autor y bioinformático responsable de la parte analítica del proyecto.

“Al analizar más de 100.000 reconstrucciones de formas celulares y pistas a lo largo del tiempo, obtuvimos descriptores de comportamiento de células individuales y usamos estos conjuntos de datos de alta dimensión para construir paisajes de comportamiento. Estos paisajes reconocieron las identidades de los leucocitos en la piel y en la tráquea inflamadas, y descubrieron un continuo de estados de neutrófilos dentro de los vasos sanguíneos”, comentan los autores en el Abstract del artículo

Con esta nueva metodología, los autores esperan que otros ámbitos científicos se beneficien de su trabajo. “La idea ahora es aplicarlo a otros escenarios como infecciones o tumores, en el que las células inmunes también juegan un papel crucial en el desarrollo de la enfermedad”, indica Palomino-Segura.

“Conceptualmente, la demostración de que los comportamientos inflamatorios dentro de los vasos son molecularmente deterministas en lugar de estocásticos tiene implicaciones importantes para el direccionamiento de la inflamación vascular sin interferir con la inmunidad antimicrobiana”, concluye el artículo.

Publicación

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Miguel Palomino Segura, Georgiana Crainiciuc, Jon Sicilia y Andrés Hidalgo.

La información que aporta este trabajo tiene una gran relevancia desde el punto de vista terapéutico, ya que puede permitir el desarrollo de nuevos tratamientos para minimizar las secuelas ocasionadas por los infartos de miocardio. El estudio se publicado el 5 de enero de 2021 en Nature, bajo el título Behavioural immune landscapes of inflammation.

En el estudio han participado investigadores de Fundación Vithas, de la Universidad de Castilla la Mancha, la Agencia de Ciencia y Tecnología de Singapur (ASTAR) y las Universidades de Harvard y Baylor. ambas en EE.UU., entre otros centros. Asimismo, la investigación ha recibido apoyo de: Ministerio de Ciencia e Innovación; Fundación La Caixa; Fundación Leducq; FET-OPEN European Commission; Federation of European Biochemical Societies, y EMBO ALTF.

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Eugenio Manuel Fernández Aguilar

Soy físico de formación, aunque me interesan todas las disciplinas científicas. He escrito varios libros de divulgación científica y me encanta la Historia de la Ciencia.

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