TEMAS 25 Las Defensas Del Organismo

Las defensas del organismo

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1 0 0 2 e r t s e m i r t r e

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8 6 6 5 5 3 1 1 4 8 7 7 9

P.V.P .V.P.. 1000 100 0 PTA. PTA. 6,01 6, 01 EURO EU RO

2 El mecanismo de la inmunidad Sir Macfarlane Burnet 14 El sistema inmunitario Niels Kaj Jerne 24 Origen de la inmunidad de los invertebrados Gregory Beck y Gail S. Habicht 30 Origen de la inmunidad de los vertebrados Gary W. Litman 36 Inmunología del embarazo Gérard Chaouat 42 Así protege la leche de la madre

al recién nacido Jack Jack Newman

46 Respuesta inmunitaria. Función del MHC Antonio Celada 48 El sistema inmunitario del cerebro Wolfgang J. Streit y Carol A. Kincaid-Colton 54 Implantes celulares Michael J. Lysaght Lysaght y Patrick Patrick Aebischer 62 Inmunoterapia contra el cáncer Lloyd J. Old 70 Las vacunas, medicamentos del futuro Rino Rappuoli, Sergio Abrignani y Guido Grandi 80 ¿Sobreviviremos? Avrion Avrion Mitchison 90 Vacunas comestibles William H. R. Langridge

o i r a m u S

El mecanismo de la inmunidad

Sir Macfarlane Burnet

¿Cómo es posible que un animal fabrique un anticuerpo que neutraliza una determinada sustancia extraña o antígeno? La experimentación apoya la teoría de que las células capaces de fabricar el anticuerpo se “seleccionan” por el antígeno y luego se multiplican

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a defensa deliberada contra las enfermedades infecciosas empezó en la última parte del siglo XVIII con el descubrimiento, realizado por Edward Jenner, del principio de inmunidad, tan triunfalmente demostrado por el éxito de su vacun a contra la viruela. Hoy la técnica de la inmunización proporciona protección contra todas las enfermedades importantes que no han sido eliminadas con medidas sanitarias o que no ceden fácilmente a la quimioterapia. Aún queda por realizar mucho trabajo en cuanto a la salud pública, especialmente en las zonas subdesarrolladas de los trópicos, pero actualmente el hombre puede controlar todas las enfermedades infecciosas que amenazan gravemente la vida humana, sin que puedan reseñarse excepciones importantes. Aunque se hayan resuelto los problemas prácticos de inmunización, la inmunología sigue siendo una importante rama de la medicina. El inmunólogo de hoy, sin embargo, no estará tan interesado en hallar cómo inmunizar más eficazmente a la gente contra la difteria o la poliomielitis como en entender qué ocurre cuando la gente se vuelve inmune. Plantea preguntas más alambicadas que en el pasado. Por ejemplo: ¿Por qué puede un cirujano injertar con éxito piel u otro tejido de una parte del cuerpo a otra, pero no de un individuo a otro, excepto en el caso de injertos entre gemelos idénticos? ¿Cómo es que ocasionalmente dos hermanos mellizos (no idénticos) comparten dos grupos sanguíneos y aceptan injertos de piel mutuos? ¿Cómo puede un individuo que ha sufrido un único ataque de enfermedad vírica hace veinte, treinta y hasta sesenta años continuar produciendo anticuerpos contra el virus? Y ¿po r qué hay enfermedades “autoinmunes”, tales como la artritis reu-

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mática, la anemia hemolítica adquirida y la enfermedad de Hashimoto del tiroides, en las cuales una reacción inmune anormal es dirigida contra las células y tejidos del propio cuerpo? Cualquier formulación moderna de la teoría inmunológica debe proporcionar al menos respuestas provisionales a estas y a otras preguntas todavía más complejas. Pero la inmunología no es simplemente una rama de la medicina. Es una disciplina por derecho propio, potencialmente capaz de hacer una ingente aportación a la comprensión de los problemas centrales de la biología, especialmente a los concernientes a la naturaleza de la información genética y a los mecanismos de síntesis proteica. Ambos problemas están íntimamente ligados a cualquier teoría de la inmunidad.

sea, las moléculas de ambos contienen un gran número de átomos. El anticuerpo globulina tiene un peso molecular de aproximadamente 160.000 (10.000 veces el peso de un átomo de oxígeno). Los antígenos típicos tienen un tamaño del mismo orden de magnitud. Los lugares de actividad química que ponen en combinación al anticuerpo y al antígeno, sin embargo, representan porciones relativamente pequeñas de estas complejas moléculas. Un lugar individual puede concebirse como la región ocupada por entre tres y cinco de los varios cientos de unidades de aminoácidos que integran una proteína media (las proteínas son el resultado de todo tipo de combinaciones entre veintitantos aminoácidos diferentes) o por un número también pequeño de unidades de monosacárido o de polisacárido. Estas pequeñas rea forma moderna de la teoría in- giones de unión activa se denominan munológica ortodoxa mantiene determinantes antigénicos en el anque el rasgo fundamental de la in- tígeno y fragmentos específicos en el munidad es la producción de anti- anticuerpo. Según la teoría clásica, cuerpos por parte de un grupo espe- los dos se combinan debido a que la cializado de células, denominadas configuración geométrica del fragcélulas plasmáticas. El anticuerpo es mento específico es complementaria una proteína globular del plasma de la forma del determinante antigésanguíneo a la que por su comporta- nico. Encajan uno con otro como lo hamiento físico puede identificársela ce una determinada llave con su cerracomo una “gammaglobulina”. Cada dura. En este esquema, que lleva la anticuerpo tiene una afinidad muy vigorosa impronta de personajes taespecífica con el antígeno concreto les como Paul Ehrlich, Karl Landsteique estimula su producción. Un an- ner y Linus Pauling, el fragmento estígeno puede pertenecer a un virus, pecífico del anticuerpo adquiere su o ser una bacteria o cualquier otro ti- estructura al ser sintetizado en conpo de célula extraña o consistir en un tacto con el determinante antigénico. fragmento estructural, como una pro- El antígeno mismo es presumiblementeína o un polisacárido (molécula te captado por la célula y entra en acgrande compuesta de muchas unida- ción después de que la maquinaria des simples de azúcar). Los anticuer- sintetizadora celular haya ensamblapos protegen al organismo contra las do las unidades de aminoácidos de la sustancias extrañas combinándose molécula de globulina y las haya plecon ellas e inactivándolas. gado hasta darles una forma globuTanto el antígeno como el anticuer- lar. En la etapa del plegado la globupo son grandes en sentido químico, o lina se pone en contacto con el

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1. CELULA PLASMATICA MADURA que contiene el factor reumatoide; se hace visible por reacción con un compuesto fluorescente. Las células vecinas no contienen factor reumatoide y por tanto no se combinan con el compuesto fluores-

cente y apenas son visibles. Según la teoría de la selección, esto querría decir que la célula fluorescente “ha heredado” un determinado modelo de anticuerpo, que lleva en su material genético.

2. LA AGREGACION NODULAR de las células de un ganglio linfático se hace fluorescente porque las células contienen el factor reumatoide, una molécula gigante de características

análogas a los anticuerpos, que se observan en la sangre de la mayoría de los pacientes de artritis reumática. Quizás indique una respuesta autoinmune.

LAS DEFENSAS DEL ORGANISMO

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3

3. INTERACCION DE INJERTO Y HUESPED en el ratón. Se inyecta una suspensión que contiene células del bazo de un embrión de ratón de la cepa B (a la izquierda, 1) en el ratón recién nacido de la cepa A (2). Un injerto de piel de B “prende” posteriormente en A (3), demostrándose la tolerancia mutua de huésped e injerto. Se inyectan células del bazo del ratón

antígeno moldeándose según la forma complementaria requerida.

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sta es la forma más simple de lo que Joshua Lederberg denominó la teoría “instructiva” de la formación de anticuerpos: el propio determinante antigénico proporciona la información a partir de la cual se construye de forma muy específica el anticuerpo. La teoría instructiva, sin embargo, no explica satisfactoriamente satisfactoriamente importantes procesos asociados con la inmunidad, tales como la persistencia de la inmunidad y el origen de las enfermedades autoinmunes. Los proponentes de la denominada teoría de la selección ofrecen una concepción fundamentalmente diferente. Esta teoría mantiene que las moléculas de anticuerpo se hacen prácticamente del mismo modo que otras

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adulto B en un segundo ratón A recién nacido (en el centro), el cual queda afectado de enanismo (3) porque las células inyectadas desencadenan una respuesta inmune. El tercer ratón recién nacido, en este caso B (derecha ), no recibe al nacer inyección que establezca tolerancia y más tarde rechaza el injerto de piel de la cepa A (3).

proteínas, es decir, según las instruc- medio ambiente selecciona los orgaciones genéticas contenidas en el nú- nismos por los diferentes atributos o cleo de las células fabricantes. En la potencialidades para la supervivencélula no entra nunca información del cia que han logrado mediante proceexterior. En cambio, para cada uno de sos genéticos. El sol no engendra gulos miles de antígenos extraños posi- sanos en un perro muerto a menos bles, el cuerpo ya contiene la célula o que la mosca fertilizada deposite la el grupo de células genéticamente ca- información genética necesaria en la paces de sintetizar el anticuerpo apro- carroña. Actualmente nadie defiende piado. Cada una de estas células o seriamente que la evolución produzgrupo de células “sabe” cómo fabricar ca la ballena y la jirafa por la fórmula el anticuerpo específico incluso si el lamarckiana según la cual la función antígeno complementario nunca en- y el medio ambiente moldean la fortra en el cuerpo. La función del antí- ma —primero físicamente y luego por geno es simplemente seleccionar y es- herencia— en la dirección correcta. timular la proliferación del grupo Algunos investiga dores mantuviero n apropiado de células, incrementando que las bacterias presentan una gran así la producción del anticuerpo re- capacidad para producir enzimas querido. “adaptativas” bajo demanda. De heLa idea de la selección ha sido fun- cho se observó que los cultivos de bacdamental en biología desde la publi- terias pueden empezar a producir nuecación del Origen de las especies : el vas enzimas cuando en sus nutrientes

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se introducen sustancias extrañas. Pero pronto se hizo patente que la formación de enzimas adaptativas es un fenómeno mucho más sutil. La interpretación actual tiende a afirmar que la bacteria no puede producir una determinada enzima más que si la información necesaria está incorporada en su mecanismo genético; el cambio experimental del medio ambiente permite que entre en actividad lo que era sólo capacidad latente. Es probable que las opiniones acerca de la formación de anticuerpos cambien en la misma dirección, hacia una mayor aceptación de las teorías de selección. Dicho planteamiento conduce sin duda de modo más directo al proceso fundamental de la inmunología, al cual definí hace tiempo como la diferenciación entre lo propio y lo no propio. El cuerpo normalmente no produce anticuerpos contra sus propios tejidos, aunque es capaz al menos potencialmente de producir anticuerpos contra cualquier proteína o cualquier otra sustancia de un carácter molecular apropiado que no esté presente en él. Las implicaciones de este hecho son los motivos más importantes para favorecer una teoría de la inmunidad basada en la selección.

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a mayoría de las proteínas son antigénicas para un organismo que no haya estado implicado en su producción. Hay una proteína lo bastante bien conocida como para permitir una comparación de su estructura química con su actividad inmunológica. Es la insulina, una de las proteínas más pequeñas. Se ha determinado la secuencia total de unidades de aminoácido para las insulinas de varias especies animales. Naturalmente la insulina no es antigénica en el animal que la produce. Sucede además que es un antígeno bastante sua ve. La mayoría mayor ía de los diabétic os pueden recibir insulina de buey o de cordero durante años sin ningún problema. Pero algunos de ellos se vuel ven resistente s a la insulina debido a que fabrican anticuerpos contra ella. Esta dificultad suele poder obviarse utilizando insulina de cerdo. La diferencia entre la insulina de buey y la de cerdo se conoce. De las 51 unidades de aminoácidos de la molécula de insulina, 48 tienen la misma disposición en las insulinas de las diferentes especies; sólo la secuencia de unidades de un segmento de tres unidades varía. Si una insulina es antigénica para un mamífero, lo es porque su secuencia difiere de la correspondiente correspondiente secuencia de la propia insulina del animal.


En estos tiempos en que la genética se ha acercado tanto a la bioquímica, vale la pena señalar que antígeno, al igual que gen, es un concepto sólo relativo. Un gen es una entidad ideada para explicar una diferencia hereditaria observable entre dos es-

tirpes o dos individuos que se cruzan. Largas extensiones de cromosoma deben permanecer genéticamente silenciosas si no hay regiones de diferencias observables entre las cepas disponibles. Un antígeno o, más estrictamente, un determinante antigé-

1 N O I C A R E N 0,1 E G R O P S E 0,01 T N A T U M

0,001

0 ALEATORIZACION

INHIBICION SELECTIVA

MADUREZ INMUNOLOGICA

ELIMINACION SELECTIVA

4. LA TASA DE MUTACION por generación celular de genes que l levan modelos de anticuerpo es elevada al principio de la vida embrionaria (la línea vertical que divide el gráfico indica el nacimiento). La tasa de mutación disminuye luego y la mayoría de las células que llevan modelos de anticuerpos “propios” son eliminadas; más tarde otras son inhibidas selectivamente. La madurez inmunológica se produce cierto tiempo después del nacimiento. Las mutaciones continúan apareciendo durante toda la vida, pero a una tasa mucho menor que al inicio de la vida embrionaria de cada animal.

D A D I V I T 0 C A E R

CONCENTRACION DE ANTIGENO

5. LA MADUREZ CAMBIA LA REACCION de las células inmunológicas ante la concentración creciente de antígeno. Las células más inmadu ras están representadas por la curva inferior; las más maduras por la curva superior. La línea cero indica que no hay reacción ante el antígeno. Por encima de ella las células proliferan y el engrosamiento de las curvas indica desarrollo de células plasmáticas y producción de anticuerpo. Por debajo de la línea cero las células inmunológicas primero son inhibidas y luego una mayor concentración de antígeno puede conducirlas hacia la inactividad e incluso puede destruir las células muy inmaduras, como indica la curva.

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rojos. Se estudió a tres pares de tales mellizos en su vida adulta. Cuando su sangre se analizó antes de que actuaran como donantes de sangre, se encontró que tenían dos grupos sanguíneos: el propio y el que era genéticamente apropiado para sus mellizos. Tales hermanos mellizos tienen una segunda diferencia sorprendente con respecto a un par normal de mellizos diferentes. Los hermanos mellizos que se han desarrollado de la manera usual a partir de dos placentas separadas, no aceptan trasplantes mutuos de piel. Una reacción inmune mata los injertos. Pero en los hermanos mellizos con grupos sanguíneos dobles (al menos en e l único par de gemelos sometido a prueba hasta ahora) se ha encontrado que aceptan injertos de piel cruzados tan perfectamente como si fueran gemelos genéticamente idénticos. Esto indica que el reconocimiento de lo propio en el sistema productor de anticuerpos no se debe simplemente a caracteres hereditarios, sino que parece desarrollarse como un proceso secundario en algún momento de la vida embrionaria.

S 6. LA TEORIA DE LA SELECCION DE LA INMUNIDAD propone que al inici o de la vida embrionaria las células inmunológicas mutan frecuentemente (a), produciendo todos los modelos de anticuerpo posibles, representados aquí solamente por once símbolos diferentes. Algunos corresponden a antígenos nativos d el cuerpo (b). Estos antígenos matarán las células inmunológicas que tengan la configuración (o modelo) complementaria (c), dejando solamente células con modelos de anticuerpo que correspondan a antígenos ajenos (d). Cuando estas células hayan madurado, un antígeno extraño que llegue hasta una de ellas (d) la estimulará a proliferar rápidamente (e). Sus descendientes producirán anticuerpo que se combinará con el antígeno ajeno y lo inactivará.

nico es también una expresión de diferencia. Contiene ciertas formas o pautas que difieren de cualquier forma presente en el animal en el cual se esté comprobando su antigenicidad. Una parte de la molécula proteica extraña puede ser antigénica en determinada clase de animales, mientras que el estímulo de la reacción del anticuerpo en otra especie puede ser un segmento totalmente diferente de la misma molécula. Aunque la insulina sea un antígeno deficiente, presenta con bastante claridad la interrogante fundamental: ¿cómo es posible que un diabético resistente a la insulina “reconozca” la diferencia nimia entre la insulina de buey y la suya propia de manera que fabrique anticuerpos contra la primera? Este es un problema clásico de información. ¿Cómo adquie-


re o genera el cuerpo la información necesaria para distinguir entre configuraciones químicas extrañas y las suyas propias?

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a clave más importante la proporcionan las manipulaciones experimentales que hacen que un organismo acepte como propias substancias o células que, desde el punto de vista genético, no tienen derecho a estar allí. Puede que los ejemplos más impresionantes provengan de los raros experimentos de la naturaleza en los que un par de mellizos humanos genéticamente distintos comparten una circulación placentaria común en el útero de su madre. Esto garantiza que cada gemelo reciba diversas células del otro, incluyendo células que pueden asentarse en la médula ósea y multiplicarse para producir glóbulos

e ha trabajado mucho en la demostración experimental de la tolerancia inmunológica, sobre todo en ratones y ratas. Los laboratorios poseen muchas cepas de ratones tan cruzados y genéticamente tan parecidos que cada individuo acepta injertos de piel de otro tejido de cualquier otro miembro de su cepa. Hay dos experimentos muy esclarecedores que pueden efectuarse con dos cepas apropiadas: A y B. En ambos experimentos una emulsión de células vivas del ratón de cepa B se inocula en una vena de la cara del ratón recién nacido de la cepa A. Esto requiere buen pulso y buena vista, aunque se hace rutinariamente. En el primer experimento se inoculan células del bazo y riñón de un embrión de ratón B en el ratón recién nacido de la cepa A . El ratón se desarrolla normalmente. Si un trozo de piel de B es injertado en el ratón cuando éste ha crecido lo suficiente, el injerto “prende” y persiste en condiciones sanas. Si el ratón A es blanco y el ratón B es negro, el ratón A presenta la anomalía sin precedentes de un parche de sano pelo negro. En el segundo experimento, a otro ratoncito de la cepa A se le inoculan células del bazo de un ratón adulto B, no de un embrión. El resultado es desastroso. Según cual sea el número de células y el par determinado de cepas de ratones que se empleen, el raton-

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7. EL “CIRCULO VICIOSO” de la enfermedad autoinmune puede empezar cuando la célula inmunológica produce descendientes (arriba) que por mutación han adquirido un modelo de anticuerpos “inviable”, que encaja con un antígeno

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propio. El antígeno (color ) estimula la proliferación de las células (centro). Los anticuerpos atacan al tejido que contiene este antígeno. Es liberado más antígeno, lo que ocasiona una intensificación del ataque (abajo).

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cito muere en dos o tres semanas o bien crece lentamente y se convierte en un animal de pequeño tamaño y aspecto lastimoso, que sufre lo que se ha denominado enanismo . Una explicación algo simplista es que en el primer experimento el huésped A se vuelve tolerante a las células B implantadas en sus tejidos inmediatamente después del nacimiento. El resultado es que A tolera luego el in jerto de piel de B. Pero es importante notar que las células que están implantadas tienen características tan definidas como las del huésped. Para que se alcance un equilibrio las células B implantadas deben volverse tolerantes a las extrañas del huésped y vice versa. Las células B embrionarias se vuelven tolerantes. Pero en el segundo experimento las células B adultas provocan su propia reacción inmune en contra de su huésped produciendo el enanismo o la muerte.

a

b

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n examen detallado de muchos fenómenos con las mismas características generales permite formular la pregunta clave en el problema de lo propio y lo no propio: ¿cuál es el proceso por el cual el cue rpo aprende durante el desarrollo a diferenciar su propia substancia de la de otros? O como ha dicho Niels K. Jerne, ¿dónde está o cuál es el diccionario que el cuerpo debe consultar para decidir si tal palabra (configuración química) es ajena o pertenece a su propio lenguaje? Junto con Lederberg y otros investigadores, Jerne cree que el diccionario no contiene más que palabras ajenas y que consiste en una lista de todas las palabras ajenas a pesar de que no se las haya oído nunca. Tal diccionario puede representarse de varias maneras, pero básicamente tiene que contener un número ele vado, aunque no infinito, de modelos (palabras) que puedan ofrecer un anticuerpo específico y complementario correspondiente a cualquier determinante antigénico posible. La propuesta no es tan extremadamente improbable como parece, porque el número de determinantes antigénicos no es inmensamente grande. Tanto los determinantes antigénicos como los fragmentos específicos son configuraciones pequeñas. El número de combinaciones diferentes de tres y cuatro letras para las veinte letras del alfabeto de unidades de aminoácidos de las proteínas es respectivamente de 8000 y de 160.000, números pequeñísimos en comparación con la cantidad de células que tiene incluso un ratón. David W. Tal-


c

8. LAS TRES TEORIAS DE LA INMUNIDAD son la hipótesis “instructiva” clásica (a), la teoría primitiva de molde indirecto, del autor (b), y la selección clonal (c). En la teoría instructiva el antígeno entra en la célula productora de anticuerpo y se convierte en un molde directo del cual el anticuerpo toma su forma complementaria final. En b el antígeno incorpora una imagen de sí en el mecanismo genético de la célula. La selección clonal, teoría posterior del autor, mantiene que la célula “nace” con un modelo complementario del antígeno específico y que el antígeno no entra en la célula, limitándose a seleccionar y a favorecer la proliferación de la célula que posee el modelo correcto.

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A N I N A L A L I N E F

A N I L A V

A N I G A R R A P S A

O C I M A T U L G O D I C A

A N I D I T S I H

A N I C U E L

A N I E T S I C

A N I C I L G

A N I R E S

A N I D I T S I H

A N I N A L A

A N I R E S

A N I L A V

A N I C U E L

A N I L A V


A N I N A L A

A N I C U E L

A N I S O R I T

A N I C U E L

A N I L A V

S A N I C U E L O S I

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INSULINA DE BUEY S

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A N I N O E R T

A N I R E S

A N I C U E L

mage estimó que no se necesitan más que unos 10.000 modelos diferentes.

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o es difícil imaginar cómo pueda crear el cuerpo su diccionario de palabras ajenas. Los linfocitos (un importante grupo de los glóbulos blancos móviles de la sangre) son los portadores más probables de palaCERDO bras, o modelos de anticuerpo. Se supone que los antecesores de estas céS S lulas son muy mutables respecto de esta cualidad concreta en los primitivos estadios de la vida embrionaria. Su material genético posiblemen A A N te cambie espontáneamente y al azar, A I N I N N I C creando todos los posibles modelos S I L A L L A A G V de anticuerpo. Cada célula mutada se transformaría por medio de una simple división en el predecesor de un pequeño grupo de células, denominado clon, todas idénticas y todas OVEJA portadoras del modelo para uno o como máximo para algunos anticuerS S pos específicos. Puesto que el proceso de mutación sería aleatorio, surgirían también modelos de anti A cuerpo contra los antígenos situados N A I A N dentro del propio cuerpo. Es por tan N I N I O C C S E I to necesario suponer que tales célu U L R E G T L las serían destruidas por el contacto con su respectivo antígeno. (Es bien sabido que una gran concentración de antígeno inhibe la formación de anticuerpo en los adultos.) De forma CABALLO que durante una primera fase del desarrollo embrionario los clones “inS S viables” que se enga rzasen con los antígenos “propios” serían elimina9. LAS DIFERENCIAS ENTRE LAS MOLECULAS DE INSULINA producidas por dos a medida que se formaran. Los diferentes mamíferos son pequeñas. Arriba se muestra la secuencia de unidades de antígenos ajenos normalmente no aminoácido de la molécula completa de insulina de buey. Solamente tres unidades pueden alcanzar el embrión, pero (las indicadas en color ) difieren de las encontradas en el cerdo, la oveja y el caball o, cuando lo hacen (como en el caso de como se indica abajo. S

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A N I E T S I C

A N I C I L G


A N I N I G R A

A N I C I L G



A N I S O R I T

A N I N O E R T

A N I L O R P

A N I S I L

A N I N A L A

S

S

los mellizos no idénticos que comparten una placenta), llegan a ser aceptados como propios. Si ningún antígeno ajeno llegase al embrión, éste mantendría probablemente todos los modelos ajenos. La tasa de mutaciones de las células inmunológicas disminuiría drásticamente en períodos posteriores de la vida embrionaria, hasta alcanzar la tasa de mutación hallada en cualquier parte del cuerpo durante toda la vida. (Se ha estimado que hasta un millón de células corporales sufren mutación cada día.) Los clones inviables continuarían apareciendo, aunque infrecuentemente, y normalmente serían suprimidos, o al menos inhibidos, mientras fueran aún inmaduros. Las células inmunológicamente maduras serían estimuladas a proliferar por el antígeno apropiado, en vez de ser destruidas por él, produciendo entre sus descendientes un gran número de células plasmáticas que probablemente fabricarían las verdaderas moléculas de anticuerpo que se combinarían con los antígenos extraños y los desactivarían. Esta teoría se denomina teoría de la selección clonal porque la acción del antígeno se limita a seleccionar para su proliferación el clon determinado de células con el que puede reaccionar. En la forma original de la hipótesis se creía que cada clon transportaba solamente un modelo, aunque ahora dos modelos por clon parecen estar más de acuerdo con los resultados de las observaciones. Muchos inmunólogos están muy de acuerdo con la idea general de la teoría de la selección clonal, pero dudan


sobre la necesidad de limitar la capacidad de una determinada célula o clon a uno, dos o a lo más tres modelos. Ellos preferirían un número substancial, quizá de entre diez y veinte modelos conexos por clon. Hay quienes incluso llevan la idea a su conclusión lógica y suponen que cada célula que es productora potencial de anticuerpos transporta su propio y completo diccionario de palabras ajenas y puede por consiguiente reconocer cualquier determinante antigénico y producir anticuerpo contra él a través de sus descendientes. La mayor virtud de la teoría de la selección clonal en la que no más de tres modelos de anticuerpo son transportados por una única célula o clon es que resulta susceptible de numerosos ensayos experimentales en principio y en la práctica, que pudieran

demostrar que es errónea. Hasta ahora nadie ha presentado un método experimental de diferenciación entre una teoría instructiva y la teoría de que cada célula inmunológica transporte todos los modelos de anticuerpo posibles. Además es extremadamente difícil describir cómo cada una de estas células podría contener toda la información necesaria para el reconocimiento de cada determinante antigénico ajeno. La única función de una generalización biológica es la de presentar claramente una información de modo que cualquier estudioso interesado pueda captar el tipo de datos experimentales o de observación que se requieren para desautorizarla o para obligar a modificarla. Nunca puede probarse que una teoría sea correcta. La única gran virtud de la hipótesis de la selección clonal es que centra su atención en el papel esencial de las células y no de los antígenos en la producción de anticuerpos e inmunidad. Por esto se deben estimular los intentos de definir las potencialidades de células aisladas y analizar la dinámica poblacional de las células inmunológicas del cuerpo.

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arios planteamientos experimentales son posibles. Uno es el estudio de la capacidad de células aisladas para producir anticuerpos y del

10. UNA MEMBRANA DE EMBRION DE POLLO muestra manchas blancas debidas al ataque de linfocitos de pollo adulto implantados en el huevo. La técnica aísla los linfocitos que, en proporción de 1:20.000, llevan al parecer el modelo de an ticuerpo que se ajusta al antígeno de membrana.

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número de tipos de anticuerpo que una sola célula puede producir. Se ha establecido que cuando un animal es inmunizado con más de un antígeno la mayor parte de las células producen solamente un tipo de anticuerpo, aunque es indudable que ocasionalmente las células pueden producir dos. Otro tipo de experimento está basado en la búsqueda de una situación en la que pueda separarse un pequeño porcentaje de células con un cierto modelo especial de anticuerpo de entre una gran población de células inmunológicas. En nuestro laboratorio de Melbourne se ha trabajado en la producción de “pústulas” inmunológicas en la corioalantoides del embrión de pollo, la membrana del huevo que abastece de oxígeno al pollito. Se hace esto inoculando en la membrana glóbulos blancos de un pollo adulto. La inoculación produce un foco, o pústula, por cada 20.000 glóbulos blancos aproximadamente. Creemos que un foco representa una célula; nuestra interpretación provisional es que la relación de 1 a 20.000 refleja el porcentaje de glóbulos blancos provistos de los modelos preformados que corresponden a los antígenos del embrión de pollo no presentes en el pollo que proporciona los glóbulos blancos y que reaccionan con dichos antígenos. La teoría de la selección clonal podría rechazarse de manera definitiva si fuera posible hacer crecer células productoras de anticuerpos en culti vos de tejidos y demostrar que a partir de una población inicialmente muy pequeña de células se pudiera producir cualquier tipo deseado de anticuerpo por la estimulación procedente de diferentes antígenos. Hasta ahora nadie ha demostrado tal cosa.

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l factor que a mí me resulta más satisfactorio de la teoría de la selección clonal es la manera en que todas las piezas encajan en un modelo razonablemente exento de contradicciones. La explicación de las importantes enfermedades autoinmunes era especialmente oscura cuando las teorías instructivas de la inmunidad eran las únicas disponibles. La teoría de la selección permite dar fácil cabida a estos fenómenos, postulando que un clon inviable, a través de mutación o de otro modo, dispone de una protección anormal contra la destrucción o la inhibición ocasionadas por su correspondiente antígeno. Hay problemas difíciles a los que enfrentarse en algunas de las enfermedades autoinmunes más graves, pero hay un grupo en el que el proce-

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so es más fácilmente comprensible debido a que los antígenos implicados tienen normalmente una accesibilidad muy limitada en el cuerpo. Tales antígenos surgen en tejidos muy bien “aislados”, tales como los del sistema nervioso o del interior de la glándula tiroides. Normalmente no circulan en cantidad en la sangre y por tanto no logran eliminar el clon complementario durante el período de selección embrionaria. Una vez las células transformadoras de anticuerpo empiezan a atacar, descomponen las células y los tejidos que contienen el antígeno, liberando más antígeno. El antígeno estimula la proliferación del clon inviable, lo cual intensifica el ataque, estableciéndose el círculo vicioso de la enfermedad autoinmune.

E

n el otro extremo teórico del campo ordinario de la medicina se sitúa el problema fundamental de la biología, el modo en que la información genética de los cromosomas del núcleo celular se expresa en la configuración geométrica específica de proteínas tales como las enzimas. También a este nivel la idea de un modelo preadaptado determinado por el material genético, que es la esencia de la teoría de la selección clonal, parece encajar mejor con las modernas concepciones de síntesis proteica que el concepto más bien burdamente mecánico de la teoría instructiva ortodoxa.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA OF THE I NDIVIDUAL. P. B. Medawar. Basic Books, Inc., 1957.

T HE U NIQUENESS

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El sistema inmunitario

Niels Kaj Jerne

Es un órgano difuso que tiene la misión de vigilar la identidad del cuerpo. Está constituido básicamente por linfocitos y por moléculas de anticuerpo, que detectan a las moléculas extrañas y se reconocen entre sí

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l sistema inmunitario es comparable al sistema nervioso en la complejidad de sus funciones. Los dos son órganos difusos que están dispersos por la mayoría de los tejidos del cuerpo. El sistema inmu-

nitario humano pesa alrededor de un kilogramo. Está compuesto por alrededor de un billón (10 12) de las células conocidas como linfocitos y por cerca de 100 trillones (10 20 ) de las moléculas conocidas como anticuer-

1. EL EFECTO DEL ANTICUERPO sobre un antígeno lo muestra con toda nitidez esta micrografía hecha por el autor y Albert Nordin. La célula del centro es una célula plasmática, un linfocito del sistema inmunitario que segrega anticuerpo. Se introdujo en una capa de medio de cultivo junto con millones de glóbulos rojos de oveja. La célula plasmática fabrica anticuerpos contra las células de cordero, específicamente contra los

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pos, que son producidas y segregadas por los linfocitos. La habilidad especial del sistema inmunitario es el reconocimiento de estructuras y su misión es patrullar por el cuerpo y preservar su identidad.

determinantes antigénicos, o pequeñas partes de la superficie de las moléculas de la membrana superficial de las células. Los anticuerpos liberados por las células plasmáticas han destruido los glóbulos rojos dentro de la zona de difusión de los anticuerpos; el radio del área de destrucción mide unas dos décimas de milímetro. La técnica aquí ilustrada se ha convertido en el método normal para medir la respuesta inmune.

TEMAS 25

2. EL SISTEMA INMUNITARIO se compone de los linfocitos y de las moléculas de anticuerpo que éstos segregan. Las células y los anticuerpos impregnan la mayoría de los tejidos, a los que los distribuye el flujo sanguíneo, pero se concentran en los tejidos coloreados del dibujo: el árbol de los vasos linfáticos, los ganglios linfáticos dispuestos a lo largo de él, la médula ósea (existente en los hu esos largos, de los que se ilustra


sólo uno), el timo y el bazo. Los vasos linfáticos recogen las células y anticuerpos de los tejidos y los devuelven al flujo sanguíneo en las venas subclavias. Los linfocitos se fabrican en la médula ósea y se multiplican por división celular en el timo, en el bazo y en los ganglios linfáticos. La relación entre los vasos sanguíneos y los vasos linfáticos se muestra muy esquemáticamente en la ilustración de la derecha.

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N H

H 2 N

2

V V

C A D E N A P E S A D A

C A D E N A L I G E R A

V V

C C

C

- S - S

- S - S -

-S-S-

C

-S-S-

C

C

COOH

3. LA ESTRUCTURA LINEAL de una molécula de anticuerpo se muestra esquemáticamente. Las dos cadenas pesadas y las dos ligeras están conectadas por puentes disulfuro. Cada cadena tiene un extremo amina (NH2) y un extremo carboxilo (COOH). Las cadenas se dividen en regiones variables (V ) ( color ), donde la secuencia de aminoácidos varía en los distintos anticuerpos, y en regiones constantes (C). VH CADENA PESADA

CH1 VL

CADENA LIGERA CL

CARBOHIDRATO CH2

Las células y las moléculas del sistema inmunitario llegan a la mayoría de los tejidos a través del flujo sanguíneo, penetrando en los tejidos por las paredes de los capilares sanguíneos. Después retornan por su propio sistema vascular, el sistema linfático. El árbol de los vasos linfáticos recoge linfocitos y anticuerpos, junto con otras células y molé culas y el líquido intersticial que baña todos los tejidos del cuerpo, y vierte su contenido a la corriente sanguínea al unirse a las venas subclavias por detrás de la clavícula. Los linfocitos se encuentran en grandes concentraciones en los ganglios linfáticos, estaciones de las vías linfáticas, y en los lugares donde se construyen y elaboran: la médula ósea, el timo y el bazo. El sistema inmunitario está sujeto a destrucción y renovación continuas. Durante el corto espacio de tiempo que se tarda en leer esto el cuerpo ha producido 10 millones de linfocitos nuevos y 1000 billones de nuevas moléculas de anticuerpo. Esto podría no ser tan asombroso si todas estas moléculas de anticuerpo fueran idénticas. Pero no lo son. Se necesitan millones de moléculas distintas para hacer frente a la tarea de reconocer configuraciones, así como se necesitan millones de llaves distintas para ajustarse a millones de cerraduras distintas. Las configuraciones específicas que son reconocidas por las moléculas de anticuerpo son los determinantes antigénicos o epitopos: manchones dispuestos en la superficie de grandes moléculas tales como las proteínas, los polisacáridos y los ácidos nucleicos. Las moléculas que presentan determinante antigénico se llaman antígenos. Es difícil mencionar una molécula grande que no sea un antígeno. Examinemos las moléculas proteicas, en las que se incluyen las enzimas, las hormonas y las moléculas transportadoras tales como la hemoglobina y la gran variedad de moléculas que están incorporadas en la membrana celular o que forman parte de la cápsula de los virus y de las bacterias.

CH3

Antígenos y anticuerpos

C 4. LOS PLIEGUES DE LAS CUATRO CADENAS están sugeridos en este dibujo basado en un modelo a modo de rosario de la molécula de anticuerpo creado por Gerald M. Edelman y sus colaboradores. Cada cuenta del rosario representa un aminoácido, de los cuales hay más de 1200. Las regiones variables están coloreadas.

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ada una de las innumerables moléculas proteicas se compone de cadenas polipeptídicas: rosarios lineales de unos cientos de aminoácidos elegidos de entre un grupo de veinte. El número de aminoácidos que hay en una gran molécula de proteína es

TEMAS 25

El problema comparable al número de letras que noácidos y la cadena pesada por aldel reconocimiento hay en esta columna de texto, que es rededor del doble. Todas las molécuun rosario lineal de letras escogidas las de anticuerpo son parecidas, de un alfabeto de veintinueve. Las exceptuando los aminoácidos situaiendo la viruela una enfermedad moléculas de proteínas diferentes tie- dos en unas 50 posiciones “variables” tan desagradable, se podía espenen distintas secuencias de aminoá- comprendidas dentro de las prime- rar que la naturaleza hubiese proyeccidos, así como en textos diferentes ras 110 posiciones de la cadena, que tado moléculas de anticuerpo cuyos hay distintas secuencias de letras. Los constituyen lo que se llama región lugares de fijación reconocieran esperosarios de letras de esta columna es- varia ble, tanto en la cadena pesada cíficamente los determinantes antitán “plegados” en líneas sucesivas. como en la ligera. En la punta de ca- génicos del virus de la viruela. Pero Las cadenas polipeptídicas de las pro- da región variable hay un lugar de la naturaleza difiere de la técnica en teínas también están plegadas aun- fijación cóncavo cuyo relieve tridi- su manera de abordar la resolución que no tan limpiamente. Su estructu- mensional le permite reconocer a un de problemas: el derroche le trae sin ra se asemeja a la que podemos determinante antigénico complemen- cuidado. (Por ejemplo, le resulta más obtener si comprimimos de cualquier tario y hace que la molécula de anti- fácil producir millones de espermatomanera algunos metros de cuerda en- cuerpo se adhiera a la molécula que zoides que aumentar las posibilidatre las manos. Pero el plegamiento de presente este determinante antigé- des de que cada uno de ellos encuenla cadena polipeptídica no se hace de nico. El que un lugar de fijación retre un óvulo.) En vez de proyectar cualquier manera; el plegamiento, y conozca un determinante antigénico moléculas de anticuerpos que se acopor tanto la conformación final de la u otro diferente depende de los ami- plen al virus de la viruela y a otros molécula de proteína, está regido pre- noácidos situados en sus posiciones agentes nocivos, opta por fabricar micisamente por la secuencia de ami- varia bles. Las posibles combinacio - llones de moléculas de anticuerpo disnoácidos. nes de dos aminoácidos diferentes en tintas, algunas de las cuales puedan Las partes de las cadenas plegadas cada una de las cincuenta posiciones acoplarse. A manera de analogía, suque yacen en la superficie componen varia bles que hay en amba s cadenas póngase que alguien fabricase guansu relieve superficial. Un determinan- dan origen a 2100 (o 1030 ) moléculas tes de mil tallas y medidas distintas: te antigénico es una extensión peque- distintas. Pero la situación no es tan tendría entonces el guante convenienñísima de su superficie: puede que simple. Las cadenas se descomponen te para casi cualquier mano. Imagisean unos diez aminoácidos los que en subgrupos, cada uno de los cuales naremos ahora que las manos fueran constituyen la configuración del detiene bastante menos de cincuenta mucho más variables; que, por ejemterminante antigénico. Tal como de- posiciones variables. Por otra parte, plo, la longitud de cada dedo pudiera mostraron Emanuel Margoliash y Al- algunas de estas posiciones, agrupa- variar independientemente desde 3 a fred Nisonoff para distintas moléculas das en las llamadas áreas vulnera- 18 centímetros. Si el fabricante hiciedel citocromo C, el reemplazo de un bles, pueden escoger entre más de ra, por ejemplo, diez millones de guanaminoácido por otro en una cadena dos aminoácidos alternativos. Hay tes de distintas formas y tamaños popolipeptídica suele llevar a la exhibi- consenso acerca de que las diferen- dría atender a prácticamente cualquier ción de un determinante antigénico cias entre las secuencias de aminoá- mano, sin duda a expensas de la efidistinto. El sistema inmunitario re- cidos de las moléculas de anticuerpo cacia, ya que la mayoría de los guanconoce esta diferencia y es capaz de provienen de mutaciones que han tes se quedaría sin mano. Pero seacontrolar a las células mutantes que ocurrido en los genes que codifican mos todavía más derrochadores. cometen errores en la síntesis de prola estructura del anticuerpo. Ideemos una fábrica cuyas máquinas teínas. El sistema inmunitario, además de reconocer determinantes antigénicos en cualquier proteína u otro antígeno producido por cualquiera de los millones de especies de animales, plantas o microorganismos, puede distinguir los determinantes antigénicos “ajenos” de los que provienen de moléculas de su propio cuerpo. Tal reconocimiento constituye un hecho decisivo, puesto que las moléculas de anticuerpo se acoplan al determinante antigénico, lo reconocen y predestinan al antígeno (o a las células que lo llevan) a ser destruido o eliminado por otros mecanismos de que dispone el organismo. Los determinantes antigénicos son reconocidos por los lugares de fijación de las moléculas de anticuerpo. El anticuerpo es una molécula pro- 5. LAS MOLECULAS DE ANTICUERPO son visibles al microscopio electrónico teica formada por más de 20.000 áto- cuando están ligadas a antígenos y entre sí formando complejos antígeno-anti cuerpo. En esta micrografía, hecha por Green y Robin Valentine, unos anticuerpos de mos. Está compuesta por cuatro ca- conejo se muestran con 500.000 aumentos. El antígeno es una caden a polipeptídica denas polipeptídicas: dos cadenas con un grupo dinitrofenol en cada extremo; los anticuerpos son de un conejo que pesadas idénticas y dos cadenas li- había sido inmunizado contra el determinante antigénico dinitrofenol. Los antígegeras también iguales. Las cadenas nos (demasiado pequeños para ser visibles) ligan a los anticuerpos, formando ligeras están formadas por 214 ami- complejos poligonales cuya geometría proviene de la estructura del anticuerpo.

S


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puedan producir guantes de mil millones de formas distintas, pero desP P conectemos el 99 por ciento de la mai4 i4 quinaria, de manera que la fábrica produzca un surtido aleatorio de 10 V V millones de entre los mil millones de a2 i1 i1 posibles formas distintas. Aun así se estaría cumpliendo muy bien, como sucedería con la fábrica completa. i2 i2 Aunque los dos grupos de guan tes no se solaparían más que en un uno por ciento, ambos podrían cumplir basa1 tante bien su cometido. Así es como algu nos de noso tros creemos que el sistema inmunitario resuelve su problema de reconocimiento. Mediante una substitución a4 C más o menos aleatoria de aminoácidos en las posiciones de las áreas vulnerables de las regiones variables de a3 las cadenas polipeptídicas de los anticuerpos se genera un grupo de millones de anticuerpos con distintos lugares de fijación que se ajustan suficientemente bien a prácticamente cualquier determinante antigénico. Jacques Oudin, Andrew Kelus y Philipp G. H. Gell han demostrado 6. MAPA DE LA TOPOGRAFIA FUNCIONAL de la molécula de anticuerpo. En el con conejos y Brigitte A. Askonas, extremo de cada brazo de la Y hay un lugar de fijación ( p) que reconoce a los deter Allan Wiliamson, Brian Wright y Wolminantes antigénicos de las moléculas de antígeno. El anticuerpo puede también fgang Kreth con ratones que cada aniposeer determinantes propios, que pueden ser reconocidos por los lugares de fijación de otros anticuerpos. Entre éstos figuran los alotopos (a) en las regiones consmal aislado utiliza grupos totalmentantes y los idiotopos (i) en las regiones variables. te distintos de anticuerpos, capaces de reconocer un determinante antigénico dado. Hay un serio obstáculo en todo esto al que ya he aludido: el sistema inmunitario no parece reconocer los determinantes antigénicos de las moléculas que forman parte del propio cuerpo. Esta propiedad, que Sir Macfarlane Burnet llamó discriminación entre lo propio y lo no propio suele denominarse autotolerancia. Se podría pensar que esta autotolerancia proviene de la naturaleza, que es lo bastante sabia como para construir aquellos genes que codifican nuestros anticuerpos de tal manera que no originen lugares de fijación que se ajusten a los determinantes antigénicos de nuestro propio cuerpo. Pero se ha podido demostrar que no es así. Por ejemplo, los anticuerpos de mi padre podían reconocer ciertos determinan4 . tes antigénicos que se hallaban en el 5 A A . 5 cuerpo de mi madre; algunos genes 3 de los anticuerpos que he heredado de mi padre deberían por tanto codi60 A. ficar anticuerpos que reconociesen a . A 0 los determinantes antigénicos que he NO2 NO2 4 heredado de mi madre. = O2N N N NO2 Por consiguiente, la autotolerancia 25 ANGSTRÖM no es innata. Es algo que el sistema inmunitario “aprendió” en la vida em7. LAS ESTRUCTURAS TRIANGULARES de la micrografía de la página anterior brionaria, ya sea eliminando, ya sea son trímeros, o complejos de tres moléculas de anticuerpo, ligadas por tres antígenos que poseen un grupo dinitrofenol en cada extremo. Las dimensiones fueron paralizando a todos los linfocitos que calculadas por Green y Valentine a partir de micrografías electrónicas. querían producir anticuerpos de aui3

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i3

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torreconocimiento. Una observación original de este fenómeno, hecha por Ray D. Oven, fue generalizada teóricamente por Burnet y recibió confirmación experimental de P. B. Medawar hacia mil novecientos cincuenta, lo que les valdría a ambos el premio Nobel en 1960.

El linfocito

E

mil von Behring y Shibasaburo Kitazato descubrieron la existencia de anticuerpos en Alemania en 1890, pero hasta 1960 no se determinó su estructura, gracias a las investigaciones iniciadas por R. R. Porter y Gerald M. Edelman, que compartieron en 1972 el premio Nobel por dichos trabajos. Mucho antes de que se conociese la estructura de los anticuerpos ya habían sido objeto de estudios detallados, pero aún no se sabía que eran producidos por linfocitos activados. Hasta mediados del siglo XX nadie había pensado que los linfocitos tuvieran nada que ver con el sistema inmunitario, cosa que ahora nos parece tremendamente rara. Fue hacia 1960 cuando James L. Gowans y Douglas McGregor demostraron la participación de los linfocitos. De hecho la mayoría de los linfocitos no segrega anticuerpos (más o menos el 98 por ciento). Son los linfocitos “pequeños”, células esféricas que miden una centésima de milímetro de diámetro, de los que se dice que están en estado de reposo. Estos linfocitos tienen primero que aumentar de tamaño antes de que puedan segregar anticuerpos. Cuando alcanzan ese estado pueden además dividirse, con virtiéndose en dos células, a partir de las cuales se formarán cuatro y así sucesivamente. Esta prole de células constituye un clon, o línea celular, proveniente de un linfocito pequeño. Tal como lo postuló originalmente Burnet en 1957, las moléculas de anticuerpo producidas por un linfocito y por las células de su clon tienen lugares de fijación idénticos. G. J. V. Nossal y sus colaboradores acumularon muchas pruebas experimentales en favor de esta “dedicación exclusiva” del linfocito. Las células de un clon de linfocitos están dedicadas a la expresión de dos genes determinados que codifican determinadas variantes de las regiones variables de la cadena pesada y de la cadena ligera. Ya en su estado de reposo, no secretorio, los linfocitos pequeños producen un número relativamente pequeño de moléculas de su anticuerpo determinado, a las cuales exhibe en la superficie


de su membrana externa. Estas moléculas de anticuerpos son los “receptores” de la célula. Un linfocito pequeño exhibe unos 100.000 receptores con idénticos lugares de fijación, los cuales están esperando, por decirlo así, un encuentro con un determinante antigénico que se ajuste a ellos. Cuando un determinante antigénico entra en contacto con el linfocito, éste puede “estimularse” (respuesta positiva) o “paralizarse” (respuesta negativa), lo que significa que ya no es capaz de ser estimulado. Las distinciones entre las señales excitato-

ria e inhibidora quizá residan en diferencias en las regiones constantes de las moléculas de anticuerpo receptoras de los linfocitos. Puede demostrarse que el hecho de que un linfocito escoja una respuesta positiva o negativa depende de varias condiciones. La concentración de los determinantes antigénicos se ajusta a los lugares de fijación de los receptores, a la manera en que se presenten los determinantes antigénicos (por ejemplo, si se presentan en moléculas o en las superficies de células) y a la presencia o ausencia de otros linfocitos que

8. LOS LINFOCITOS, las células del sistema inmunitario, producen anticuerpos. Cada célula está dedicada de antemano a la producción de un determinado anticuerpo. En su estado de reposo, en la etapa de linfocito pequeño (izquierda), la célula presenta tales moléculas de anticuerpo (color ) sobre su superficie a modo de “receptores”. La llegada de un antígeno con un determinante antigénico que encaje en el lugar de fi jación de estas moléculas de anticuerpo puede estimular al linfocito a crecer, a cambiar de estructura y a dividirse, originando con el tiempo un gran número de células plasmáticas (derecha), o sea, linfocitos especializados para la rápida síntesis y secreción de las moléculas de anticuerpo específicas de esta línea celular.

9. LAS MOLECULAS DE ANTICUERPO RECEPTORAS según aparecen a través de una tinción fluorescente en una micrografía realizada por Benvenuto Pernis. Las células son linfocitos pequeños de un paciente de leucemia linfocítica, en la que un linaje de linfocitos prolifera sin control. Los anticuerpos receptores dispuestos sobre las superficies celulares tienen en sus regiones constantes determinantes (alotopos) característicos de las moléculas de anticuerpo humanas. Un anticuerpo dirigido contra estos alotopos se prepara inyectando suero h umano a un conejo. Se acopla rodamina, tinción fluorescente, a los anticuerpos, los cuales se añaden a una suspensión de los linfocitos. Las manchas brillantes de las células representan anticuerpo fluorescente ligado a moléculas receptoras que “reconocen”.

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10. UNAS MOLECULAS DE ANTICUERPO INTERNO, producidas por células plasmáticas para luego segregarlas, se muestran teñidas en esta micrografía y en la inmediata siguiente, realizada también por Pernis. Las células plasmáticas son de un conejo heterozigoto para el gen estructural que determina la región constante de la molécula de anticuerpo y por lo tanto su grupo de alotopos, o su alotipo; esto es, los cromosomas paternos y maternos heredados por el conejo y que contienen dos genes determinantes distintos. Las células plasmáticas han sido teñidas con dos preparaciones de anticuerpos fluorescentes: uno, al que se ha acoplado una tinción fluorescente verde, se dirige contra el alotopo paterno (que llamaremos A) y el otro se dirige contra el alotopo materno ( B). Los anticuerpos internos de algunas células plasmáticas se unen a la preparación t eñida de verde, lo cual indica que son moléculas de anticuerpos que llevan el alotipo A.

puedan “reforzar” o “suprimir” una respuesta. Un linfocito estimulado se enfrenta a dos tareas: debe producir moléculas de anticuerpo para la secreción y debe dividirse a fin de ampliarse formando un clon de células hijas que representa su compromiso o dedicación. A estas células hijas, enteramen-

te dedicadas a producir y segregar moléculas de anticuerpo, se las llama células plasmáticas. Cada una de ellas transcribe sus genes de anticuerpo en 20.000 moléculas de ARN mensajero que atienden a 200.000 ribosomas, capacitando a la célula para producir y segregar 2000 moléculas idénticas de anticuerpo por segundo. Otras célu-

las del clon no van tan lejos; vuelven al estado de reposo y representan la “memoria” del suceso, listas para responder si el determinante antigénico reaparece. La memoria inmunológica, a la que Stephen Fazekas llamó “el pecado original del antígeno”, es de una persistencia notable. Por ejemplo, se han estudiado personas de no venta años que tuvieron la gripe en el decenio de 1890 y conservaban anticuerpos circulantes para los determinantes antigénicos de la cepa del virus de la gripe que prevaleció entonces. Si un linfocito que reconoce a un determinante antigénico no se estimula, puede paralizarse. Esta parálisis acontece cuando el linfocito se enfrenta a una gran concentración de determinantes antigénicos; esto se llama tolerancia de zona alta. David W. Dresser y N. Avrion Mitchison demostraron que también podía aparecer parálisis en el caso de una continua presencia de unas concentraciones ba jísimas de determinantes antigénicos, por debajo del umbral necesario para la estimulación; se llama tolerancia de zona baja. Es preciso ampliar los conocimientos acerca de los mecanismos inductores de la parálisis, no sólo para comprender cómo el sistema inmunitario aprende a tolerar los propios determinantes antigénicos, sino también para poder inducir la tolerancia del sistema a los trasplantes de órganos.

Teoría de la línea germinal y teoría somática

L

11. OTROS ANTICUERPOS INTERNOS se tiñen de rojo en otras células plasmáticas del mismo campo de la preparación que l a micrografía anterior. Son moléculas con el alotipo B. Aunque todos los linfocitos y células plasmáticas del conejo contienen los cromosomas paternos y maternos, cada célula expresa solamente uno u otro gen de región constante.

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a enorme diversidad de los anticuerpos plantea la cuestión del origen de los genes q ue codifican las regiones variables de las molé culas de anticuerpo. Básicamente se han propuesto dos respuestas para esta cuestión: la teoría de la línea germinal y la teoría somática. El argumento de la teoría de la línea germinal es simple. Todas las células del cuerpo, incluidos los linfocitos, tienen el mismo conjunto de genes, a saber, los del huevo fertilizado del que procede el individuo. Por esto los genes que especifiquen cualquier anticuerpo que un individuo pueda producir deben haber estado presentes en el ovocito fertilizado. Todos se transmiten a los hijos de dicho individuo a través de la línea germinal: huevo y espermatozoides y sus precursores. La teoría somática no acepta este enfoque. Sostiene que el sistema inmunitario necesita millones de anti-

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cuerpos distintos para reconocer determinantes antigénicos. Todos los ratones de la línea engendrada por endogamia tienen la misma línea germinal de genes y se ha demostrado que utilizan grupos totalmente distintos de moléculas de anticuerpos. La teoría de la línea germinal implica que el conjunto de todos estos grupos está representado en los genes de cada ratón de dicha línea. Pero en tal caso muchos de los genes parecerían carecer de importancia para la super vivencia del ratón, de modo que un número tan grande de genes no puede suscitarse o mantenerse en una evolución darwiniana. Por tanto, la mayoría de los genes deben haberse suscitado en el curso del desarrollo somático de cada individuo por modificación de un menor número de genes de línea germinal. Tal es el pun-

to de partida para algunas variantes de la teoría somática. Yo h e pos tulado que un gr upo heredado de genes de la línea germinal codifica anticuerpos contra algunos determinantes antigénicos propios. Los clones de células que dan expresión a estos genes son suprimidos, excepto las células mutantes que, mediante una sustitución de aminoácidos, exhiben un nuevo lugar de fijación en sus moléculas de anticuerpo receptor. Estas células mutantes representan el enorme repertorio de anticuerpos que reconocen a los determinantes antigénicos ajenos. Un órgano que podría producir estas células mutantes es la glándula del timo. Más de 10 10 linfocitos nuevos se producen en el timo cada día; la gran mayoría de estas células se destruye en el mis-

mo timo o inmediatamente después de abandonarlo. No es posible examinar aquí los méritos de estas teorías. Ello implicaría estudiar un gran grupo de resultados experimentales, tal como las exploraciones sobre la genética de la inmunosensibilidad hechas por Baruj Benacerraf, Hugh O. McDevitt y Michael Sela.

La célula B y la célula T

T

odos los linfocitos que circulan por los tejidos han surgido de células precursoras existentes en la médula ósea. Alrededor de la mitad de estos linfocitos, las células T , han pasado por el timo en su camino hacia los tejidos; la otra mitad, las células B, no pasan por el timo. Esta dicoto-

p

GRUPO RECONOCEDOR E

p2

i

i2

p

IMAGEN INTERNA

p1

i

i1

p

ANTIGENO

i1

p3

i

i3

p

GRUPO ANTIIDIOTIPICO

px

i

GRUPO PARALELO INESPECIFICO

GRUPOS REGULADORES

12. RED DE LINFOCITOS diagramada al objeto de indicar cómo se establece su comportamiento propio (“eigen”) de estado estacionario y cómo la red responde a un antígeno. Un determinante antigénico ( E) del antígeno es reconocido por un conjunto ( p1) de lugares de fijación de moléculas de anticuerpo, receptores tanto de anticuerpo circulante como de superficie celular. Las células con receptores del grupo reconocedor p1 son capaces, en potencia, de responder al estímulo antigénico ( flecha) del determinante antigénico E, pero hay limitaciones. Las mismas moléculas que llevan los lugares de fijación p1 llevan un grupo de idiotipos (i1). Estos son reconocidos dentro del sistema por un grupo de lugares de fijación ( p 3), llamado grupo antiidiotípico porque tienden a eliminar ( flecha inversa) a las células del grupo i1. (Estos idiotipos i1 se encuentran también en moléculas con lugares de fijación que


no pertenecen al grupo reconocedor p1, sino que son más bien inespecíficos respecto del determinante antigénico E.) Por otra parte, el grupo p1 también reconoce a los determinantes internos i 2, los cuales constituyen por tanto una imagen interna del determinante antigénico ajeno E. En el estado estacionario, las moléculas de la imagen interna ti enden a estimular a células del grupo p1 y a contrarrestar así la tendencia represora del grupo antiidiotípico. Cuando el antígeno aj eno entra en el sistema, su efecto estimulador sobre el grupo p1 permite a células de este grupo escapar de la eliminación. (Lo mismo ocurre a células inespecíficas del grupo paralelo p x.) La respuesta inmunitaria resultante hacia el antígeno es modulada por los efectos reguladores de muchos más grupos de lugares de fijación e idiotipos (derecha), los cuales tienen una influencia controladora de la respuesta.

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mía fue descubierta por Henry N. Claman y fue caracterizada por Jacques F. A. P. Miller y Graham Mitchell. Las células B y las células T no se pueden distinguir por su forma. Solamente las células B y las de su progenie segregan moléculas de anticuerpo. Se podría pensar que esto deja poco campo de acción a las células T . Por el contrario, las células T parecen ser sumamente importantes. También pueden reconocer determinantes antigénicos y por lo tanto tienen, casi por definición, que poseer moléculas de anticuerpo como receptores de superficie, aunque estas moléculas receptoras hayan sido mucho más difíciles de demostrar experimentalmente que las células B. Las células T pueden matar a otras células, como las del cáncer, y a tejidos trasplantados que tengan determinantes antigénicos extraños. Las células T también pueden reprimir a las células B o bien ayudarlas en su estimulación por parte de determinantes antigénicos. Esta función de “ayudante” de las células T ha sido demostrada repetidamente en experimentos tanto con animales como con células en cultivo. En los experimentos con cultivos celulares, basados en una técnica desarrollada por Richard W. Dutton y Robert I. Mishell, los linfocitos extraídos del bazo de un animal que no ha sido tratado se hacen crecer en unos platos de plástico junto con moléculas o células que presentan determinantes antigénicos extraños. Después de unos días de incubación puede demostrarse que en el cultivo hay linfocitos qu e producen y segregan moléculas de anticuerpo contra los determinantes antigénicos ajenos mediante el método experimental para células productoras de anticuerpo. Las células que producen los anticuerpos son las células B, pero el experimento no funciona si sólo están presentes éstas. Tan pronto como se añaden las células T al plato de cultivo, las células B empiezan a responder y producen anticuerpos. La dicotomía del sistema inmunitario en células B y T añade una dimensión más a la estructura conceptual necesaria para comprenderlo. No es tan sólo una necesidad intelectual, sino también una necesidad práctica, ya que ahora se sabe que el sistema inmunitario participa de modo crucial en un amplio número de enfermedades que van desde infecciones microbianas, alergias, hasta el cáncer, el reumatismo, la autoinmunidad y muchos otros trastornos degenerati vos debidos al envejecimiento.

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La red de los linfocitos

Y

a he mencionado dos sorprendentes dualismos existentes dentro del sistema inmunitario. Uno es la dicotomía de los linfocitos en células B y T , cuyas funciones son en parte sinérgicas y en parte antagónicas. El segundo es la dualidad del potencial de respuesta del linfocito cuando sus receptores reconocen un determinante antigénico: la respuesta puede ser positiva (se estimula) o negativa (se paraliza). Es importante darse cuenta de que el sistema inmunitario presenta un tercer dualismo, a saber, las moléculas de anticuerpo pueden reconocer y también ser reconocidas. No tienen tan sólo lugares de fijación que les permiten reconocer los determinantes antigénicos, sino que también los anticuerpos poseen unos determinantes que les permiten ser reconocidos por los lugares de fijación de otras moléculas de anticuerpo. Esto es verdad tanto para las moléculas de anticuerpo acopladas a la membrana externa del linfocito como para las moléculas de anticuerpo que circulan libremente, a las que se puede considerar como mensajes liberados por linfocitos. Los determinantes se presentan tanto en la región variable como en la constante de una molécula de anticuerpo. Puesto que las configuraciones de los determinantes de la región variable están especificadas por una secuencia variable de aminoácidos de las cadenas polipeptídicas, habrá millones de determinantes distintos. El conjunto de los determinantes existentes en una molécula de anticuerpo fue llamado por Oudin el idiotipo de esta molécula. Cuando los anticuerpos producidos por un animal A se inyectan en un animal B, el animal B producirá anticuerpos contra los determinantes idiotípicos (idiotopos) de las moléculas de anticuerpo inyectadas. Esto también ocurre cuando A y B provienen de animales de la misma especie e incluso cuando los dos provienen de una misma línea generada por endogamia, esto es, cuando son genéticamente idénticos. De todo esto se deduce que dentro de un animal los idiotopos presentes en una molécula de anticuerpo son reconocidos por los lugares de fijación de un grupo de otras moléculas de anticuerpos y los idiotopos de las moléculas receptoras de un linfocito son reconocidos por los lugares de fijación de las moléculas receptoras de un grupo de otros linfocitos. De esta manera tenemos una red de linfocitos y

moléculas de anticuerpo que reconocen a otros linfocitos y moléculas de anticuerpo, las cuales sucesivamente reconocen a otras, etc. Estoy convencido de que la descripción del sistema inmunitario como una red funcional de linfocitos y moléculas de anticuerpo es esencial para su comprensión y que la red funciona en su conjunto de un modo q ue es propio y característico de las relaciones internas de los elementos del propio sistema inmunitario: la red exhibe lo que yo llamo un comportamiento propio [en el original: eigen behavior ; en alemán “eigen” quiere decir propio o característico y “beha vior” es conducta en ing lés; comportamiento propio es análogo a ciertos conceptos como la frecuencia característica, eigen frecuency , o el valor propio, eigen value , de ciertos sistemas físicos]. Hay un número creciente de pruebas que apoyan este punto de vista. Las moléculas de anticuerpo se presentan en la sangre con una concentración de 5 × 10 16 moléculas por mililitro. La concentración total de lugares de fijación e idiotopos es por lo tanto del orden de 10 17 por mililitro. Si el sistema inmunitario empleara diez millones de lugares de fi jación dist into s y diez mill one s de idiotopos diferentes, cada una de las variantes de estos eleme ntos estaría presente, como promedio, en una concentración de alrededor de 10 10 por mililitro. Mitchison, Nossal, Gordon L. Ada y sus colaboradores, experimentando con la tolerancia de zona baja, han demostrado que unas concentraciones de determinantes antigénicos, fluctuantes, según diferentes antígenos, de un millón a 1012 determinantes antigénicos por mililitro basta para eliminar o paralizar a los linfocitos que pueden reconocer a determinantes antigénicos. Nisonoff y sus colaboradores y Humberto Cossenza y Heinz Köhler han demostrado que si se le inyecta a un animal anticuerpos contra un idiotipo, se elimina a los linfocitos que tienen los receptores con los idiotopos que estos anticuerpos reconocen. Leonard A. Herzenberg y Ethel Jacobson han comprobado que los linfocitos T que reconocen a los determinantes antigénicos de los receptores de linfocitos B pueden eliminar a estos linfocitos B. Todo esto hace ver que los linfocitos están sujetos a una continua eliminación ocasionada por otros linfocitos y por moléculas de anticuerpos cuyos lugares de fijación o idiotopos se ajusten. Algunos linfocitos esca-

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pan de la eliminación y se dividen. Apa rec en nue vos lin focit os. Otros continúan eliminados o degeneran. El comportamiento propio es el estado estacionario dinámico del sistema a medida que van actuando sus elementos. Conforme el sistema se expande durante el desarrollo y en el transcurso de la vida, aparecen nue vos li nfocitos y nuevos lugares de fi jación. Los determinantes “propios” de otros tejidos actúan sobre la red y hacen que unos elementos lleguen a ser más numerosos y otros menos numerosos. De esta manera cada individuo desarrolla un sistema inmunitario diferente. Los antígenos invasores extraños modulan la red; las primeras señales dejan las huellas más profundas. Un determinante antigénico dado será reconocido, con varios grados de precisión, por los lugares de fijación de un grupo de moléculas de anticuerpo y los linfocitos que están dedicados a fabricar moléculas de anticuerpo de ese grupo resultan entonces estimulados y se hacen más numerosos. Pero no es ésta la única huella dejada por el determinante antigénico extraño. El grupo de lugares de fijación que reconoce al determinante antigénico también reconoce a un grupo de idiotopos dentro del sistema, un grupo de idiotopos que constituye la “imagen interna” del determinante antigénico ajeno. Por consiguiente, los linfocitos que representan la imagen interna serán afectados secundariamente; y así sucesivamente en posteriores ondas de reconocimientos por todas las partes de la red. Las propiedades estructurales del sistema inmunitario y su comportamiento propio residen en estas complejas ramificaciones.

El sistema inmunitario y el sistema nervioso

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l sistema inmunitario y el sistema nervioso son los únicos capaces de responder adecuadamente a una enorme variedad de señales de entre todos los órganos del cuerpo. Ambos sistemas presentan dico tomías: sus células pueden recibir y transmitir señales y las señales pueden ser excitadoras o inhibidoras. Los dos abarcan la mayoría de los tejidos, pero se evitan el uno al otro: la “barrera hemática cerebral” impide que los linfocitos se pongan en contacto con las células nerviosas. Las células nerviosas, o neuronas, están fijas en el cerebro, en la médula espinal y en los ganglios y sus lar-


gas prolongaciones, los axones, conectan entre sí, formando así una red. La capacidad del axón de una neurona para formar sinapsis con el grupo correcto de neuronas debe precisar de algo semejante al reconocimiento de los determinantes antigénicos. Los linfocitos son cien veces más numerosos que las neuronas y, a diferencia de ellas, se pueden mover libremente. Pero también se influyen recíprocamente, sea por un encuentro directo o a través de las moléculas de anticuerpo que liberan. Estos elementos pueden tanto reconocer como ser reconocidos y al hacerlo forman también una red. Como en el caso del sistema nervioso, la modulación de la red mediante señales ajenas representa su adaptación al mundo externo. De ese modo los dos sistemas aprenden por experiencia y constituyen una memoria; esta memoria se sostiene por reforzamiento, pero no puede ser transmitida a la generación siguiente. Estas sorprendentes analogías en la expresión de dos sistemas quizá provengan de semejanzas en los conjuntos de genes que codifican su estructura y determinan su desarrollo y su función.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA T HE C LONAL S ELECTION T HEORY OF ACQUIRED IMMUNITY . F. M. Burnet.

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Origen de la inmunidad de los invertebrados

Gregory Beck y Gail S. Habicht

El sistema inmunitario evolucionó durante cientos de millones de años por vías a veces sorprendentes

E

lie Metchnikoff daba uno de sus habituales paseos por la playa siciliana de Mesina en diciembre de 1882. Este zoólogo ruso tenía entonces 37 años y aquel paseo no sería uno más, sino que traería consecuencias del máximo interés para la ciencia. Volvió a su casa con una larva diminuta y transparente de estrella de mar común. La perforó con una espina de rosal. Cuando a la mañana siguiente se dispuso a examinarla observó un racimo de células que recubrían la espina e intentaban absorberla. Metchnikoff comprendió enseguida el significado de la situación: las células se aprestaban a defender a la larva mediante la digestión del invasor en un proceso de fagocitosis. Se sabía ya que se producía la fagocitosis cuando ciertas células humanas especializadas se tropezaban con bacterias o con levaduras, pero Metchnikoff se dio cuenta de que el papel del proceso era mucho más amplio. La fagocitosis constituía un mecanismo fundamental con el que los organismos de todo el reino animal se defendían contra las infecciones. Contando con semejante finura mental y con toda una vida de investigación por delante, Metchnikoff creó la disciplina de la inmunología celular. Por su trabajo pionero en inmunidad celular compartió el premio Nobel de medicina de 1908 con Paul Ehrlich, uno de los primeros en propugnar la importancia del otro componente fundamental de la defensa, la inmunidad humoral. Por impresionante que fuera este logro de Metchnikoff, no se quedó ahí. Resultaba significativo que el sujeto de su experimento capital, la estrella de mar, fuera un animal que había permanecido casi inalterado desde su aparición hacía al menos 600 millones de años. Tras recibir el aguijón de la rosa la estrella de mar actuó de una manera que no hubiera

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sido muy diferente de producirse en ción defensiva y cuyo uso en los se res el océano primigenio del planeta de- humanos parece prometedor. cenas de millones de años antes de El progreso reciente de nuestro coque aparecieran los primeros seres nocimiento del sistema inmunitario, vivos con endoesque leto óseo, los ver- unido a los avances experimentados tebrados. en el utillaje de la disciplina, han proMetchnikoff estaba convencido de piciado un período fecundo de la inello. Sus investigaciones acabarían munología comparada, una segunda por demostrar que los sistemas de edad de oro, por así decirlo. Mediante inmunodefensa de todos los animales el recurso a las herramientas molecumodernos tienen sus raíces en innu- lares y celulares desarrolladas en los merables organismos que han pobla- últimos años se ha amasado un imdo la Tierra desde que empezó la presionante cúmulo de conocimientos vida. Así nació otra disciplina cien- sobre los sistemas de inmunodefensa tífica, la inmunología comparada. de animales tan dispares como las Mediante el estudio de organismos di verso s, alg uno s de ellos muy antiguos, la inmunología comparada nos ofrece una perspectiva singular para la contemplación de uno de los frutos más complejos y maravillosos de la evolución: el sistema inmunitario del hombre y de los demás mamíferos superiores. Pero la disciplina permite también ahondar en la naturaleza de la propia evolución. El hecho de que los in vert ebra dos constituyan más del no venta por ciento de todas las especies de la Tierra confirma la eficacia de sus mecanismos de inmunodefensa, que son claramente “primi1. FAGOCITOS rodeando una espina de rosa con la que se tivos”. Por si fuera ha pinchado la larva transparente de una estrella de mar. poco, la inmunología El zoólogo ruso Elie Metchnikoff ( fotografía de la derecha) comparada ha des- observó este comportamiento, propio de una respuesta de cubierto sustancias inmunodefensa innata, en 1882. Sus estudios subsiguienque tienen una fun- tes establecieron el ámbito de la inmunología celular.

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estrellas de mar, los insectos, los tiburones y los perros.

Cómo opera la inmunidad

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ara apreciar en su cabal extensión todos los giros y vericuetos que han tomado los sistemas inmunitarios durante cientos de millones de años es necesario conocer cómo operan. La misión fundamental de cualquier sistema inmunitario estriba en distinguir las células, los te jidos y los órganos que son parte le gítima del cuerpo del patrón, lo propio, de los elementos extraños que pudiera haber, lo ajeno. A esa tarea le sigue otra importante: la eliminación de los invasores, que suelen ser bacterias o virus peligrosos. El sistema inmunitario puede también reconocer, y por lo general eliminar, a los “elementos propios alterados”, es decir, a las células y los tejidos del propio cuerpo que se han modificado como consecuencia de lesiones o de enfermedades (como pudiera ser el cáncer). La mayoría de los inmunólogos estaría de acuerdo en que el sistema inmunitario del hombre y de otros primates posee los meca-


nismos más refinados de reconocimiento y de eliminación de agentes invasores. Considere el lector lo que le sucede a una jardinera aficionada que se acabe de pinchar un dedo con un aguijón de rosal. A los pocos minutos, o inmediatamente después de que la sangre deje de fluir, el sistema inmunitario empieza a trabajar para eliminar los microorganismos indeseables introducidos por la herida. Se encuentran ya en escena (o no tardarán en llegar) los macrófagos. Estos leucocitos no sólo rodean y destruyen a los microorganismos invasores, sino que también liberan proteínas que activan otras partes del sistema inmunitario y alertan a más fagocitos por si se requiere su intervención. Esta rápida respuesta celular se denomina inmunidad natural o innata. Las células que la ejecutan se encuentran ya activas en el cuerpo antes de que aparezca un invasor. Todos los animales poseen un mecanismo defensivo de este tipo, que se cree que es la forma más antigua de inmunidad. Fue la inmunidad celular innata lo que Metchnikoff observó en la lar va de estrella de mar. Otro componente de la inmunidad

innata es el complemento. Consta de una treintena larga de proteínas de la sangre. Estas proteínas operan de forma secuencial, en cascada, para identificar y destruir a los invasores. La inmunidad innata se basta por lo general para destruir a los microorganismos invasores, pero, si no fuese así, los vertebrados cuentan con otra respuesta adicional: la inmunidad adquirida. Los soldados de la inmunidad adquirida son ciertos glóbulos sanguíneos especializados, los linfocitos, que operan mancomunadamente, como un ejército. Desplazándose a través de la sangre y de los nódulos linfáticos, los linfocitos se hallan normalmente en reposo, pero se activan y se multiplican si encuentran antígenos, moléculas específicas y asociadas a organismos foráneos. Hay dos clases de linfocitos: B y T . Los linfocitos B segregan anticuerpos, proteínas defensivas que se fijan a los antígenos y facilitan su eliminación. El cuerpo humano contiene más de 100.000 millones de linfocitos B, cada uno de los cuales segrega un anticuerpo que difiere de la mayoría de los demás. Los linfocitos T cumplen varios objetivos: reconocen las células que portan en su superficie moléculas consideradas ajenas y las matan. También ayudan a los linfocitos B en la síntesis de anticuerpos. La inmunidad adquirida es muy eficaz. Pero se tarda varios días en movilizarla debido a la complejidad de la respuesta. El microorganismo invasor ha de entrar en contacto con los linfocitos T o B apropiados; se ha de promover la intervención de los macrófagos; han de dividirse los linfocitos activados; todos los leucocitos implicados han de sintetizar y liberar proteínas que refuercen la contundencia de la respuesta; las células B han de producir y liberar anticuerpos. Pero la inmunidad adquirida posee también una peculiaridad singularísima, la memoria inmunológica, capacitada para abreviar la demora. La memoria inmunológica brota de mecanismos de origen génico que permiten que los linfocitos del cuerpo reconozcan la inmensa diversidad de antígenos, aun cuando cada linfocito no reconozca más que un solo tipo de antígeno. Lo que sucede en esencia es que cada encuentro con un microorganismo invasor imprime una “plantilla” genética en determinadas células B y T . A la siguiente ocasión en que el mismo tipo de invasor salga al paso de estas células, utilizarán la plantilla, de suerte que la respuesta

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ESPONJA S O R E F I R O P

ESTRELLA DE MAR TUNICADO LAMPREA S O M R E D O N I U Q E

S O V I T I M I R P S O D A D R O C

TIBURON S O S O N I G A L I T R A C S E C E P

S O T A N G A S E C E P

ATUN

RANA

S O E S O S E C E P

S O I B I F N A

SERPIENTE GALLINA S E L I T P E R

S E V A

HUMANO S O R E F I M A M

MILLONES DE AÑOS ATRAS

100

200

300

- S O O C M A R L E P D

400

LOS LINFOCITOS SE SEPARAN EN POBLACIONES DE CELULAS T Y B APARECEN LOS PRIMEROS LINFOCITOS

500

SISTEMAS INMUNITARIOS BASADOS UNICAMENTE EN MECANISMOS INNATOS

2. HITOS INMUNOLOGICOS producidos por la época en que aparecieron los primeros animales con endoesqueleto óseo, los vertebrados. Entre esos sucesos cruciales destacó la aparición de los primeros sistemas inmunitarios que se fundan en linfocitos; debieron de protagonizarlo peces sin mandíbula

se producirá antes y con mayor contundencia que la primera vez. En este fenómeno se apoyan las dosis de refuerzo de las vacunas, o inmunizaciones, que se administran a los niños. La jardinera del ejemplo podrá olvidar su vulgar arañazo pasado cierto tiempo, pero su sistema inmunitario jamás lo hará.

En el principio

A

cabamos de exponer las dos clases principales de respuesta, la innata y la adquirida, del sistema inmunitario de los mamíferos y de otros vertebrados superiores. La respuesta adquirida muestra como singularidad significativa la memoria inmunológica. En la respuesta desplegada inter vie nen muc hos age nte s dis tin tos : macrófagos y otras células fagocíticas, linfocitos B y T , anticuerpos y toda una cohorte de proteínas participantes. ¿Cuáles de ellos aparecen en otros grupos de organismos más antiguos? El averiguarlo constituye una de las tareas centrales de la inmunología comparada. Algunos de los agentes mencionados

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de hace unos 500 millones de años. Estos linfocitos se separaron después en dos poblaciones distintas y discernibles en todos los vertebrados superiores. Los invertebrados poseen una familia de células que se parecen en algunos aspectos a las células inmunitarias de los vertebrados.

se identifican ya en organismos remo- todas sus funciones fisiológicas se tos. La verdad es que ciertos compo- realizan en una sola célula. La respinentes de la inmunidad se dejan ver ración, la digestión, la defensa y deen casi todos los seres vivos. La fago- más se realizan, al menos en parte, citosis es un ejemplo. Algunos elemen- mediante fagocitosis. La fagocitosis tos perduraron eras enteras sin ape- de los protozoos no difiere grandemennas sufrir cambios a lo largo de la te en su función defensiva de la que escala animal. Otros componentes, acometen las células fagocíticas del aunque exclusivos de los vertebrados cuerpo humano. superiores, presentan notabilísimas Las células fagocíticas se desplazan semejanzas con elementos de los sis- a lo largo de un sistema circulatorio temas de inmunodefensa de los inver- o, como sucede en el caso de las estretebrados. Tales semejanzas revisten llas de mar, a través del celoma, una importancia, por cuanto dan a enten- cavidad corporal llena de fluido, y der que los mecanismos de los inver- rondan por los tejidos y por los espatebrados son precursores de los que cios circundantes en el caso de las vendrían después con los vertebrados. esponjas y de otros animales pluriceTomadas en su conjunto, estas vincu- lulares que no tienen ni celoma ni laciones encierran la prueba más só- sistema circulatorio. lida de que los sistemas inmunitarios El otro pilar de la inmunidad, a sade los seres humanos y de otros ma- ber, la capacidad de distinguir lo promíferos evolucionaron a partir de los pio de lo ajeno, se remonta también de organismos más antiguos durante hasta épocas muy tempranas de la cientos de millones de años. historia de la vida. Ciertos protozoos Hasta cierto punto es obvio que los viven en colonias de millare s de indisistemas de defensa propia empeza- viduos; forzo samente han de poder rían con las primeras formas de vida: reconocerse entre sí. Es difícil admitir con los protozoos, los animales más la posibilidad de vida colonial o la elementales. Los protozoos, que se reproducción sexual sin suponer la remontan a unos 2500 millones de capacidad de distinguir lo propio de años, son seres unicelulares, es decir, lo ajeno. Entra dentro de lo razonable

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que los protozoos posean dicha facul- ral de anticuerpos. Sí poseen, en cam- y, al hacerlo, éstas se tornan pegajotad. Las mismas esponjas, que en bio, mecanismos que parecen ser sas y se apelmazan. Las lectinas tuopinión de algunos zoólogos son los precursores de tales notas distintivas vieron que aparecer en una etapa metazoos (animales pluricelulares) de la inmunidad de los vertebrados. precoz de la evolución, dada su premás antiguos y simples, pueden dis- Fijémonos en las lombrices de tierra, sencia ubicua; se las encuentra en tinguir lo propio de lo ajeno: sus cé- que aparecieron probablemente hace plantas, bacterias, invertebrados y lulas atacan los injertos que se les 500 millones de años. En ellas se han vertebrados. aplican de otras esponjas. encontrado células parecidas a linfoIgnoramos la función específica de Sépase, sin embargo, que esa res- citos. Y lo que quizás encierre mayor las lectinas en la respuesta inmunipuesta de rechazo no es idéntica a significado aún: todos los invertebra- taria. Intervienen, tal parece, en la la que se observa en los vertebrados, dos sintetizan moléculas cuya opera- señalización de los organismos invacaso en el que, debido a la memoria ción se aproxima a la de los anticuer- sores, que están probablemente recuinmunológica, si se desecha el injer- pos, cuyos precursores podrían ser. biertos de moléculas de azúcares dito de un donante, se rechazará con Estas moléculas las integra un grupo ferentes. Se ha comprobado con mayor prontitud un segundo injerto de proteínas denominadas lectinas. lectinas aisladas de lombrices de del mismo donante. Pero ni en las Las lectinas pueden unirse a molécu- tierra, caracoles, almejas y prácticaesponjas ni en las medusas el segun- las de azúcares dentro de las células mente todo tipo de animales invertedo rechazo tarda menos brados que esas proteínas que el primero. De tales participan en el recubriINVERTEBRADOS VERTEBRADOS comprobaciones se extrae miento de partículas extrala idea de que les falta el ñas, con lo que facilitan la componente de memoria fagocitosis. En cada phylum PATOGENOS de la respuesta inmunitaanimal podemos observar ria, una piedra angular del numerosas lectinas con dissistema de los vertebratinta especificidad por los CELOMOCITOS MACROFAGOS dos. Conclusión que se ha glucósidos. Pensemos, por corroborado en experimenejemplo, en las colectinas tos con estrellas de mar y de vertebrados, un grupo otros invertebrados supede proteínas. Con ellas se riores, desprovistos asihallan emparentadas las mismo de memoria inmulectinas aisladas de la mosnológica. ca de la carne Sarcophaga Carecen también los in peregrina y de un erizo de vertebrado s de dos compomar. Las colectinas humaLIBERACION nentes más del sistema nas cumplen una misión DE INTERLEUCINA-1 inmunitario de los verteprincipal en la inmunidad brados, que son el compleinnata: amén de activar el mento y los linfocitos, complemento o las células aunque posean, al pareinmunitarias, recubren los cer, entidades análogas. microorganismos invasores Ciertos invertebrados (enpara su pronta identificatre los que se encuentran ción por parte de los fagodiversos insectos, cangrecitos. jos y gusanos) exhiben una Y aunque entre los inverrespuesta parecida a la del tebrados no se encuentren PROLIFERACION PROLIFERACION complemento mediante el anticuerpos, sí poseen moDE CELOMOCITOS DE CELULAS T sistema de la profenoloxiléculas que desde el punto dasa (proPO). Al igual que de vista estructural e incluQUIMIOTAXIA QUIMIOTAXIA el del complemento, el sisso funcional son similares. DE LOS CELOMOCITOS DE LOS MACROFAGOS tema proPO lo activa una Los anticuerpos pertenecen serie de enzimas. Al final a una familia de moléculas ESTIMULACION (NO SE CONOCE LA FUNCION de una cascada de reacciomuy extensa y antigua, la DE LA FAGOCITOSIS CORRESPONDIENTE) nes se llega a la conversuperfamilia de las inmusión de proPO en la enzinoglobulinas. Todas las SECUESTRO DE HIERRO ma activa fenoloxidasa, moléculas de este grupo que interviene en la enposeen una estructura caLIBERACION DE COMPUESTOS capsulación de objetos exracterística, el pliegue Ig. NITROGENADOS REACTIVOS traños. Kenneth Söderhäll Desempeñan diversas funESTIMULACION DEL HIERRO y Valerie J. Smith han deciones, pero en general se LIGADO A PROTEINAS mostrado que el sistema hallan implicadas en el recumple además otras taconocimiento de cuerpos reas, entre ellas la coaguextraños y de otros tipos de 3. LA LIBERACION DE CITOCINAS puede estimular muchas lación de la sangre y la moléculas. eliminación de microorga- funciones, lo mismo en invertebrados que en vertebrados. Es probable que el plieLas misiones tienen que ver en buena medida con la defensa nismos. gue Ig surgiera durante la de la célula hospedadora. Se ha descubierto que la citocina Los invertebrados care- interleucina-1 cumple funciones defensivas en la estrella de evolución de los metazoos, cen de linfocitos y de un cuando se impuso el mutuo mar que son análogas o idénticas a las que realiza en los sistema inmunitario humo- vertebrados. reconocimiento entre célu-


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las diferenciadas. Al comienzo pudo haber sido una molécula de reconocimiento, implicada en la identificación de lo propio; con el tiempo evolucionó hacia algo que podía reconocer también a los antígenos, preparando así el terreno para la aparición de las verdaderas inmunoglobulinas. La hemolina, una proteína aislada de la sangre de polillas, pertenece a la superfamilia de las inmunoglobulinas. Se fija a las superficies microbianas y participa en su eliminación. Se han identificado otras superfamilias de moléculas en diversos invertebrados (saltamontes y moscas), así como en vertebrados inferiores. De lo precedente se infiere que las respuestas inmunitarias desplegadas mediante anticuerpos, aunque restringidas a los vertebrados, hunden sus raíces en los mecanismos de defensa de los invertebrados.

A partir del flujo celómico de Aste- infección y cuando se ven expuestos rias forbesi , una estrella de mar co- a proteínas que conforman las paredes mún en el Atlántico, aislamos cierta bacterianas. Pues bien, la lisozima se proteína de comportamiento similar integra en la defensa innata de los al de la IL-1: sus propiedades físicas, seres humanos; actúa en la saliva paquímicas y biológicas eran las mismas; ra defender la cavidad oral de las estimulaba las células de vertebrados bacterias. que respondían a la IL-1; y los antiUn grupo de la Universidad de Escuerpos que reconocían a la IL-1 hu- tocolmo dirigido por Hans G. Boman mana también reconocían a esta pro- descubrió péptidos que intervenían teína. Más tarde descubriríamos que en la eliminación bacteriana de la pomuchos invertebrados poseen molé- lilla gigante de la seda, Hyalophora culas emparentadas con las citocinas cecropia , en 1979. Llamaron cecropide los vertebrados. Los gusanos y los nas a los péptidos en cuestión. Las tunicados (ascidias) contienen sustan- cecropinas matan las bacterias y lo cias similares a la IL-1 y al TNF. Uno hacen a concentraciones tan bajas que de los autores (Beck) ha encontrado son inocuas para las células animales. moléculas parecidas a la IL-1 y a la Perforan la pared bacteriana, con lo IL-6 en el lepidóptero Manduca sexta . que revientan las células. No hace En resumidas cuentas, los invertebra- mucho se aislaban cinco tipos molecudos poseen equivalentes de las tres lares emparentados con las cecropinas principales citocinas de los vertebra- en la parte superior del intestino del dos. cerdo, donde ayudan a regular la floLas citocinas de los invertebrados ra bacteriana del tubo digestivo del parecen desempeñar funciones seme- suido. Hoy se están desarrollando ya jantes a las de los vertebrados (véase para convertirlos en agentes antibacPrecursor de la regulación la figura 3 ). Hemos comprobado que terianos de aplicación a los seres huinmunitaria los celomocitos (células equivalentes manos. a los macrófagos) de las estrellas de Jules A. Hoffmann y sus colegas iríase que la evolución no sólo ha mar producen IL-1. En experimentos han venido estudiando otro grupo de conservado muchos aspectos de realizados conjuntamente con Edwin péptidos antibacterianos de los inseclos mecanismos de inmunodefensa que L. Cooper y David A. Raftos demos- tos, las defensinas. Aisladas a partir surgen en los invertebrados, sino tam- tramos que la IL-1 estimulaba a estos de varios órdenes de insectos, da la bién muchas de las señales de control equivalentes de los macrófagos para impresión de que las defensinas consde dichos mecanismos. De un tiempo que acorralaran y destruyeran a los tituyan el grupo más común de pépa esta parte hemos centrado nuestra invasores. Todo indica, pues, que las tidos antibacterianos inducibles. Al investigación en el aislamiento de citocinas de los invertebrados templan igual que las cecropinas, son molécumoléculas de invertebrados que guar- buena parte de la respuesta defensiva las proteínicas bastante pequeñas, dan semejanza con las citocinas de los de su patrón, a la manera de las cito- pero, a diferencia de ellas, no se aca vertebrados. Las citocinas son proteí- cinas de los vertebrados, que orques- ba de saber por qué mecanismos desnas liberadas por diversas células tan la inmunidad innata. truyen las bacterias. Las defensinas inmunitarias (y no inmunitarias) una de los mamíferos no comparten gran vez activadas. Las citocinas pueden cosa con las de los insectos, salvo su estimular o inhibir a otras células del Fármacos de rana escaso tamaño. De todo lo cual se insistema inmunitario y también dejan fiere que los péptidos antibacterianos sentir su influjo en órganos diversos. ero la inmunología comparada no son pieza fundamental de la primera Entre ellas se cuentan los interferose limita a rastrear en los inver- línea de defensa que el animal desnes, las interleucinas (IL-1, IL-6 y tebrados los correspondientes análogos pliega de inmediato. otras) y el factor de la necrosis tumo- de las defensas de los vertebrados. AnTambién los vertebrados inferiores ral (TNF), moléculas que son regula- tes bien, la investigación originaria en producen inmunodefensas peculiares. dores críticos de la inmunidad de los invertebrados ha permitido descubrir Michael Zasloff observó en 1987 que vertebrados. tipos nuevos de defensas cuya presen- las ranas de uñas africanas no preciHabía indicios que permitían sos- cia en los vertebrados sólo más tarde saban antibióticos ni otros tratamienpechar que los invertebrados habían se pudo atestiguar. tos para recuperarse completamente de poseer la IL-1 o una citocina anNos referimos, por ejemplo, a los de cirugía no esterilizada, a pesar de cestral similar. En primer lugar, es- péptidos y a las proteínas antibacte- que vivían en charcos plagados de tas moléculas regulan algunos de los rianas, que son moléculas clave en la bacterias. Buscando la causa de tan mecanismos más primitivos de la in- estrategia de defensa de los inverte- singular protección, aisló dos péptidos munidad de los vertebrados. En se- brados. Dichas moléculas (algunas de de la piel de la rana: magainina 1 y 2 gundo lugar, la estructura y las fun- las cuales ha convertido el hombre en (“magainina” es castellanización del ciones defensivas de la IL-1 son medicinas eficaces) suelen ser libera- término hebreo para escudo). Las sussimilares en muchos vertebrados, lo das por las células sanguíneas en las tancias demostraron una amplia gama que indica que las moléculas evolu- fases iniciales de la respuesta innata. de efectos contrarios a bacterias, honcionaron a partir de un precursor La proteína antibacteriana de uso más gos y protozoos. Los anticuerpos que común. Por último, los macrófagos, extendido que se obtiene de inverte- se enlazan con la magainina también el tipo de leucocitos que producen brados es la lisozima. También fue la se fijan a células de los tejidos epiteIL-1, tienen presencia ubicua en el primera que se aisló. Los insectos pro- liales humanos, como la piel y el rereino animal. ducen lisozima cuando empieza la vestimiento intestinal; este fenómeno

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indica que los seres humanos sintetizan moléculas similares para establecer la primera línea de defensa contra los patógenos.

Legado universal

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l hecho de que se hayan descubierto entre los invertebrados los primeros atisbos de antibióticos peptídicos y de otros sistemas singulares de inmunodefensa debería fomentar el estudio de curiosos sistemas de defensa que duermen entre los proyectos pendientes de la investigación inmunológica. ¿Cuántas sustancias que podrían salvar vidas quedan por descubrir? Sorprende la escasa atención concedida a los sistemas de inmunodefensa de los invertebrados, cuando tales estudios pueden compensarnos de múltiples maneras. Empezamos a enterarnos de funciones defensivas que caracterizan a todos los seres vivos. Al ahondar en el conocimiento de sistemas de organismos antiguos y que fueron nuestros antepasados entendemos mejor los procesos de sus descendientes en el curso de la evolución. Las complejidades de la respuesta inmunitaria de los vertebrados no podrán comprenderse cabalmente más que mediante el análisis de sistemas más elementales, los propios de los invertebrados. El alcance de esa línea de investigación no sólo se deja sentir en el desciframiento de la evolución biológica, sino también en la resolución de problemas más inmediatos relativos a la salud y la enfermedad humanas. Para todas estas empresas resulta de valor universal el legado de Metchnikoff.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA IN INSECTS. H. G. Boman y D. Hultmark en Annual Review of Microorganismology, vol. 41, págs. 103-126; 1987.

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Origen de la inmunidad de los vertebrados

Gary W. Litman

Los tiburones, con más de 450 millones de años de existencia, son reflejo de un período lejano en la evolución del sistema inmunitario

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ace unos quinientos millones constituido por varios de sus parien- focitos B o células B. Las células B de años que surgió en las ca- tes filogenéticos, como son los tiburo- producen moléculas proteicas, o antilientes aguas del inmenso nes, las quimeras o las rayas. Estos cuerpos, que en el torrente circulatoocéano primigenio de la Tierra el an- peces —cuyos sistemas inmunitarios rio se unen a los antígenos (sustancias tepasado de todos los vertebrados apenas deben haber cambiado desde extrañas al huésped) de virus y bactemandibulados. Su naturaleza está ro- su aparición hace cientos de millones rias potencialmente dañinos. Guiadas deada de misterio, pero algunos pa- de años— nos permiten asomarnos a por ese engarce, otras entidades somáleontólogos creen que este ser se pa- un período remoto y fecundo de la evo- ticas se servirán de diversos mecanisrecía mucho a un grupo de peces de lución. mos para destruir virus y bacterias aparición posterior y que se conocen Mis colaboradores y yo hemos in- por distintos mecanismos. A los anticomo placodermos. Tenemos noticia vestigado el sistema inmunitario de cuerpos se les llama también inmunode su existencia al menos por los res- algunos de estos organismos. Como globulinas; los seres humanos poseen tos fósiles que dejaron. Estas torpes era de esperar, la inmunidad de estos cinco clases principales. criaturas tenían la cabeza y la región fósiles vivientes difiere de la de otros Todos los anticuerpos de una mispectoral recubiertas por placas óseas animales que llegaron después, como ma célula B son de la misma clase y protectoras y parece que, en algunos ranas, monos o seres humanos, por se unen a un antígeno específico. Si casos, pudieron alcanzar los siete me- ejemplo. Mas, para nuestra sorpresa, este anticuerpo encuentra a su correstros de longitud. en lo que se refiere a la capacidad de pondiente antígeno y se une a él, se Dar con un ejemplar vivo de placo- proteger al patrón frente a distintas activa la célula B productora de este dermo o de cualquiera de los predece- patologías, como las infecciosas, tales anticuerpo y se potencia la síntesis y sores de los vertebrados representa- sistemas inmunitarios añosos resul- la secreción de dicha proteína. La maría una importante contribución a tan no menos eficaces que sus homó- yoría de los miles de millones de cé lunuestra comprensión de la evolución. logos modernos, si no más. las B de nuestro cuerpo producen anPero tal vez revestiría aún mayor inQuizá no debiera extrañarnos. La ticuerpos distintos entre sí. Durante terés que pudiéramos estudiar el fun- subclase de los elasmobranquios, en la formación de cada célula B tiene lucionamiento de uno de los componen- la que se incluyen tiburones y rayas, gar un proceso en el que intervienen tes más complejos de nuestro existe desde hace más de 450 millo- elementos heredados y aleatorios y organismo: el sistema inmunitario. nes de años ( Homo sapiens sólo cuen- que programa a la célula para produ Apareció poco después de que ciertos ta con medio millón de años) y ha so- cir en abundancia un “receptor” úni vertebrados sin mandíbula protago- brevivido a extinciones generalizadas co; este receptor es la porción de antinizaran la transición crítica hacia la que acabaron con un sinfín de espe- cuerpo que propiamente se traba con forma mandibulada. Este tránsito es cies. Resulta difícil concebir semejan- el antígeno. Merced a tan ingente diun momento clave en la evolución, te éxito evolutivo en seres que no tu- versidad de receptores de antígenos pues constituye un hito en el camino vieran un sist ema inmunitari o de la inmunidad humoral posee un amque conduce a los animales más avan- extraordinaria eficacia. Los esfuerzos plísimo registro. zados, incluidos los que andando el dedicados a la caracterización de un La inmunidad celular corre a cartiempo se arrastraron hasta tierra fir- sistema inmunitario que determina go de un grupo distinto de células inme y de cuya posterior evolución sur- semejante éxito evolutivo han produ- munitarias, los linfocitos T o células gieron los seres humanos. Es muy ve- cido un efecto colateral beneficioso: T . A diferencia de las células B, las rosímil que el sistema inmunitario una mejor comprensión de la inmuni- células T no producen anticuerpos. adaptativo, multicomponente, apare- dad humana. Los linfocitos T reconocen los antígeciera con los primeros vertebrados. nos que se encuentran ligados a cierLos sistemas inmunitarios de los into tipo de moléculas instaladas en la Las dos partes vertebrados de nuestros días, muy sisuperficie de una clase diferente de de la inmunidad milares a los que caracterizaban a los células. Cuentan para ello con moléextintos, carecen de la notable capaculas especializadas, con receptores. cidad adaptativa que distingue a la n el sistema inmunitario adap- El rechazo de un injerto de piel hetetativo se distinguen dos partes rólogo o la destrucción selectiva de céinmunidad del mundo vertebrado. Si bien los placodermos y sus pre- fundamentales: la humoral y la celu- lulas tumorales son algunos ejemplos decesores desaparecieron tiempo ha, lar. Los agentes implicados en la inde los fenómenos típicos de la actuacontamos con un óptimo sustituto, munidad humoral se conocen como lin- ción de los linfocitos T .

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Inmunoglobulinas y receptores de 1. SE CREE QUE LOS PLACODERMOS, de los que sólo quedan restos fósiles, fueron de los primeros en beneficiarse de un sistema inmunitario adaptativo y polimorfo. las células T son los medios primordiales de los que se vale el organismo para reconocer antígenos específicos. A pesar de que la inmunidad humo- otro tiburón será rechazado por el nitario de tiburones y ráyidos sea meral y la celular presenten diferencias huésped. nos adecuado para las necesidades del básicas en cuanto a sus funciones y A pesar de e stas s emejanz as tam- organismo que el de los seres humaobjetivos, se influyen recíprocamente bién existen algunas diferencias fas- nos y el de otros mamíferos? En absoen la respuesta inmunitaria. Las cé- cinantes y significativas entre el sis- luto. La naturaleza idiosincrásica de lulas T , por ejemplo, intervienen en tema inmunitario de los peces ese sistema inmunitario antiguo ilusla regulación de la función de las cé- cartilaginosos, así el tiburón, y el de tra óptimamente los quiebros y giros lulas B. los seres humanos. Los primeros pre- que se sucedieron en el curso evolutiLa inmunidad de ráyidos y tiburo- sentan cuatro clases de inmunoglo- vo de la inmunidad. Esa trayectoria nes es parecida a la de los seres hu- bulinas, de las cuales sólo una, la sinuosa, al menos en lo que conciermanos en algunos aspectos. Estos pe- IgM, se encuentra entre los seres hu- ne al sistema propiamente dicho, inces presentan bazo, que es una manos. Estos anticuerpos de los ti- dica que la evolución no ha seguido el importante fuente de células B, como burones carecen además de la exqui- camino lineal e inexorable con que se sucede entre los seres humanos. Du- sita especificidad que permite entre suele presentar. rante el proceso de inmunización de otras cosas el reconocimiento de las un tiburón —tras inyectarle un antí- sutiles diferencias que puedan exisgeno—, las células B reaccionan pro- tir entre dos tipos parecidos de bacPara cada antígeno, un receptor duciendo anticuerpos. Las semejan- terias. zas se extienden a la inmunidad Tampoco tienen la capacidad de celular, pues los tiburones y los ráyi- unirse al antígeno con una afinidad uestros estudios se han centrado dos también poseen timo, órgano en creciente en el curso de una respuesen la parte humoral del sistema el que maduran las células T y del ta inmunitaria prolongada, como ha- inmunitario del tiburón cornudo, un que parten. En las células T de los ti- cen los anticuerpos humanos, lo que pez moteado que suele alcanzar el meburones también se han identificado no deja de constituir una clara des- dio metro de longitud. La diversidad receptores. ventaja a la hora de hacer frente a de los receptores de antígenos de esEn investigaciones que realicé con una infección. Una muestra de las di- te animal se fundamenta en la consJonathan P. Rast se demostró que la vergencias relativas a la inmunidad titución genética, como sucede con todiversidad de estos receptores brota- celular la tenemos en el rechazo de dos los vertebrados. Cada receptor de ba del mismo tipo de mecanismos ge- un injerto de piel. Los tiburones no antígeno de la inmunoglobulina está néticos que originaban la diversidad lo rechazan con la rapidez y la ener- formado por combinaciones de dos cade anticuerpos, al igual que entre no- gía con que lo hacen los tejidos hu- denas de aminoácidos, la pesada y la sotros. Una última analogía la cons- manos, necesitando varias semanas ligera. Con pocas excepciones, la intituye la reacción frente a los injer- para ello. munoglobulina básica presenta dos tos de piel: un injerto procedente de ¿Significa esto que el sistema inmu- pares de tales cadenas y, por tanto,

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dos sitios de unión al antígeno. Con qué antígeno exactamente se trabará un receptor dependerá del tipo y de la ordenación de los aminoácidos en las cadenas que forman el receptor. Con independencia del punto corporal de su síntesis, las cadenas de aminoácidos se forman en las células y están especificadas por genes del núcleo celular, que actúan a la manera de plantillas. Las cadenas de aminoácidos están especificadas en el caso de los receptores de antígeno por segmentos de genes del núcleo de las células B, también conocidos como genes de inmunoglobulinas. Existen tres tipos de tales segmentos génicos: V (de variabilidad), D (de diversidad) y J (de unión, “joining” en inglés). La secuencia de aminoácidos de la cadena pesada viene determinada por los tres tipos de segmentos génicos; la ligera, en cambio, está codificada sólo mediante segmentos V y J . Un cuarto tipo de segmento génico, el C (de constancia), determina la clase de anticuerpo. Los segmentos funcionales V , D, J y C del ser humano residen en u n mismo cromosoma. Igual que sucede en la mayoría de los vertebrados superiores, los segmentos humanos aparecen en agregados. Por dar un ejemplo digamos que constan de 50 elementos funcionales V , 30 D, seis J y ocho C en una misma localización, lo que viene a significar la ocupación de un millón aproximado de “peldaños” de la “escalera“ del ADN molecular. (Estos peldaños son los pares de bases.) Cuando el mecanismo de lectura de genes de una célula B acomete la síntesis de un anticuerpo, intervienen diversos metabolitos celulares que empiezan por recombinar los segmentos V , D y J adyacentes a un segmento C, en un proceso que consta de distintas etapas. La información genética se transmite luego a los sistemas celulares de proteosíntesis. La recombinación de estos segmentos génicos determina las características del enlace del anticuerpo con el antígeno. La conjunción de distintos elementos V , D y J , que recibe la denominación de diversidad combinatoria, constituye un factor importante en la generación de diversidad de los receptores humanos de antígeno. Los segmentos de genes de inmunoglobulinas de los tiburones también se organizan en agregados, pero el agregado de genes de cadena pesada no contiene más que un segmento V , dos segmentos D, un J y un C. Existen más de cien agregados de este tipo, repartidos por varios cromosomas del tiburón. Cuando la maquinaria

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DIVERSIDAD DE UNION

CADENA LIGERA

V D J

CADENA PESADA

V

C

V

SITIO DE UNION AL ANTIGENO

CELULA B HUMANA D J

RECEPTOR ENLAZADO CON EL ANTIGENO

TRANSCRITO

C

C SEGMENTO DE CROMOSOMA HUMANO

C

C D

J C

2. GENES CODIFICADORES de anticuerpos en el sistema inmunitario del hombre y en el del tiburón. Presentan diferencias sorprendentes en lo que se refiere a la disposición de los segmentos génicos que se recombinan para especificar un receptor engarzante de un antígeno. Se muestra aquí una versión simplificada del proceso que especifica la molécula de cadena pesada, un componente del receptor de antígeno. El receptor es una parte de la macromolécula del anticuerpo conocido como IgM; ésta alberga cinco

¿Cuál es el origen encargada de la síntesis de proteínas de la diversidad? de una célula B de tiburón produce un anticuerpo sólo se recombinan los cuatro segmentos génicos ( V , D1, D2 ara entender la diversidad de unión hemos de retrotraernos a y J ) procedentes de un mismo y único agregado (el segmento C ya se ha la conjunción de los segmentos V , D unido al segmento J ). Una vez leído y J que especifica la cadena del recepel mensaje genético se traduce en una tor de antígeno. Se habla de diversiproteína que formará un receptor de dad de unión cuando se juntan, por antígeno, como sucede entre los ma- ejemplo, segmentos V y D o D y J . Antes de que tenga lugar la fusión real míferos. ¿Hemos de considerar que la recom- de los extremos por los que se unen binación exclusiva de los segmentos ambos segmentos, se eliminan varios V , D1, D2 y J de un agregado de ge- pares de bases del ADN de la región nes condiciona la capacidad del siste- fronteriza y se añaden nuevas bases ma inmunitario del tiburón para prode forma aleatoria. En virtud de esa ducir una amplia diversidad de alteración local del material genético receptores de antígeno? Podría ser así, cambia la secuencia de los aminoácisin duda, de no haber cientos de agre- dos y, con ella, las características del gados de genes de anticuerpos, repar- receptor de antígeno correspontidos en distintos cromosomas del ti- diente. burón. Ni la inmunidad de los Aquí reside la ventaja del segmenmamíferos ni la de los tiburones de- to D adicional que aparece en el sispenden además exclusivamente de la tema productor de anticuerpos del tidiversidad combinatoria para gene- burón. Con cuatro segmentos génicos rar muchos anticuerpos distintos. En diferentes se obtienen tres sitios donel caso de los tiburones y de otros pe- de puede tener lugar la diversidad: ces cartilaginosos importan a la hora entre V y D1, entre D1 y D2, y entre de potenciar la diversidad otros dos D2 y J . Gracias al fenómeno de la dinuevos fenómenos, que se conocen co- versidad de unión se pueden crear mimo diversidad de unión y diversidad llones de variantes de una misma molécula de anticuerpo a partir de cada heredada.

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genes total o parcialmente “juntados de antemano” ha demostrado que sus V CADENA DIVERSIDAD segmentos génicos guardan un estreLIGERA DE UNION cho parecido con los segmentos de D1 agregados habituales. Fenómeno que D2 induce a pensar que uno de ellos deCADENA J PESADA rivó del otro en algún momento de la CELULA B DE TIBURON evolución. C Pero ¿por qué? Como en tantas otras áreas, nuestro conocimiento de los mecanismos genéticos ha avanV SITIO DE zado mucho más que el desciframienUNION CON EL ANTIGENO C to de su relación con la función desD1 D2 empeñada. De todas maneras parece TRANSCRITO RECEPTOR totalmente razonable imaginar que J J ENLAZADO CON la parte humoral del sistema inmuD 2 EL ANTIGENO D1 nitario de los peces cartilaginosos ha C evolucionado hasta combinar lo meV jor de ambas po sibilidades: un g ran número de genes que puedan recombinarse, y proporcionen por tanto flexibilidad inmunitaria, y algunos genes de especificidad fija, que pueden SEGMENTOS movilizarse con prontitud para geneDE CROMOSOMAS rar anticuerpos contra los patógenos DE TIBURON GEN JUNTADO a los que estas especies acostumbran DE ANTEMANO a enfrentarse. La combinatoria, la de unión y la heredada, no agota todas las formas de tales receptores. Se trata además del único anticuerpo que tienen en común seres de diversidad que pueden darse. En humanos y tiburones. Los segmentos génicos humanos que convergen para especificar efecto, los dos tipos aludidos de agreel receptor se encuentran dispersos a lo largo de un cromosoma. Los segmentos génicos gados de genes sufren además mutade los tiburones están ya reunidos en una especie de empaquetamiento que se puede ciones, cambios éstos que, en los verencontrar en varios cromosomas distintos. Por mor de simplificación se han omitido tebrados superiores, se producen con los detalles de las distintas fases del proceso de transcripción. altísima frecuencia en los genes codificadores de anticuerpos. Las mutaagregado de genes, dotada cada una mo dispone de ciertos mecanismos que ciones alteran las peculiaridades de de estructuras de receptor ligeramen- seleccionan con rapidez la “plantilla” los receptores de antígeno de los ante dispares. En los mamíferos, por con- del gen del anticuerpo cuya acción se ticuerpos. tra, la diversidad de unión sólo pue- requiere sin demora. La expresión inDe la comparación de la inmunidad de producirse en dos sitios: entre los mediata de esta plantilla corre a car- humoral humana con la de los tibusegmentos V y D y entre D y J . Por go de una célula B del organismo, en- rones resulta una conclusión del maconsiguiente, la diversidad de unión tre miles de millones de ellas. Ciertos yor interés: las moléculas de los antipromueve en el caso de los mamíferos compartimentos celulares especiali- cuerpos han sufrido cambios una variabilidad menor. zados y complejas comunicaciones in- relativamente pequeños en 450 milloTamaña capacidad para generar tercelulares se encargan de activar el nes de años. La estructura proteínimuchos anticuerpos distintos resul- sistema inmunitario de los mamífe- ca de los anticuerpos del tiburón y del ta, en principio, muy atractiva cuan- ros con ese mismo objetivo y de exten- hombre es muy parecida. Las propias do se trata de proteger a un organis- der su alcance. secuencias V , D y J de los segmentos mo contra un vasto espectro de Los tiburones cuentan sobre todo génicos que especifican la formación invasores extraños. Pero media todo con una forma de diversidad hereda- de los anticuerpos son similares. Lo un abismo, fatal en potencia, entre la da. Se trata del proceso más genui- que sí alteró la evolución de manera capacidad para generar diversidad de no de su sistema inmunitario, gra- radical fue la organización de estos anticuerpos y el aprovechamiento efi- cias al cual no tienen que depender segmentos génicos que especifican la caz de esa misma diversidad. Sabido de un suceso azaroso —la combina- formación de los anticuerpos. En los eso, la diversidad de unión se torna ción fortuita de pares de bases de tiburones, por ejemplo, la evolución una espada de doble filo. En teoría ADN alcanzada a trav és de la diver- primó la diversidad de unión y, sobre puede generar suficientes anticuer- sidad de unión— para sintetizar el todo, la diversidad heredada. Pese a pos específicos para hacer frente a receptor idóneo en el momento pre- su relativa sencillez, los mecanismos cualquier situación. Pero también pu- ciso. Los tiburones heredan un alto de diversificación genética del sistediera tardarse demasiado tiempo en porcentaje de agregados de genes de ma inmunitario de los tiburones paproducir una cantidad suficiente de cada célula con sus segmentos V , D1, recen más eficaces que los humanos anticuerpos, en seleccionar los mejo- D2 y J total o parcialmente “preen- en muchos aspectos. res, en multiplicar su número y en en- samblados”. No puede asombrarnos que estos frentarlos a los invasores; en breve, La capacidad de producir diversi- estudios confirmen que la evolución el huésped podría perder su batalla dad de unión que tienen estos agre- adapta de forma excepcional los siscontra el agente infeccioso. gados es, si no nula, limitada. El aná- temas a las necesidades inmediatas Para evitar la derrota, el organis- lisis de cientos de estos agregados de del organismo. Pero, en lo que se re-


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fiere a la inmunidad, la evolución tiene también que hacer frente a desafíos inesperados. Lo que sí resulta sorprendente es que, para lograrlo, se produzcan saltos evolutivos aparentemente enigmáticos y de magnitud desacostumbrada en períodos cortos, al menos en lo que se refiere a la inmunidad humoral.

los métodos al uso. Pero disponíamos de la reacción en cadena de la polimerasa (RCP), técnica capaz de producir millones de copias de un fragmento de ADN. Usamos una versión de la técnica de la RCP en el marco de un proceso que produjo un gran número de genes codificadores de receptores de células T , lo que facilitaría su caracterización. Por fin logramos hallar en las rayas las cuatro clases de receptores de antígeno propias de las células T de los mamíferos; también encontramos pruebas que abonan su presencia en el tiburón. La caracterización pormenorizada de una de las clases de receptores de células T de los tiburones nos reveló que entrañaba una compleja diversidad, pareja a la de su contrapartida humana. Nos sorprendió la coincidencia. Revelaba que, a diferencia de la organización de los genes que cifran

de receptores de antígeno podrían haber derivado de un antepasado común que se asemejara mucho más al último. Aunque podría también aducirse lo contrario: habría existido un antepasado del estilo gen de anticuerpo a partir del cual surgieron ambas categorías de sistemas génicos. Conforme avanza la caracterización del genoma de los tiburones y de sus parientes cercanos, van apareInmunidad celular ciendo agregados de genes. El grupo que lidera Martin F. Flajnik ha obuchos de los principios que servado la presencia de agregados de hemos venido describiendo —la genes que recuerdan a los genes de reordenación de segmentos génicos anticuerpos y a los genes de receptoespaciados y dispersos por el cromores de antígeno. No menos llamativo soma y la lectura y alteración de la es que los genes de estos agregados información genética para la creación experimenten una tasa altísima de de receptores de antígeno constituimutaciones. dos por cadenas de aminoácidos— sirOtros trabajos insinúan la posibi ven lo mismo para la inmunidad celidad de que, a lo largo del curso evolular que para la humoral. Después lutivo, genes del sistema inmunitade todo, las células T , al igual que los rio procedentes de distintos agregados anticuerpos secretados por las se hayan mezclado y solapado células B, tienen que reconocer entre sí. Con cientos de agregay trabarse a una gama casi ilimidos y un recambio genético ilitada de antígenos. mitado, el intercambio entre TIMO Células T y anticuerpos poagregados pudo convertirse en seen receptores, cifrados por un procedimiento muy rentable segmentos génicos similares. de generar nuevos agregados de Los mecanismos básicos de la genes. Cabe esperar que la proreordenación de segmentos gésecución de las investigaciones nicos que producen las molécuse vea recompensada con el deslas de inmunoglobulinas crean cubrimiento de otros receptores también los receptores de las céBAZO del sistema inmunitario del tilulas T . Pero el receptor de céburón. lula T se encuentra sólo en la Por lo que concierne al intersuperficie celular y únicamente cambio entre agregados en el tireconoce los antígenos que esburón, podemos considerar ahotén unidos a una molécula espera bajo una nueva luz la peculiar cializada sobre otra célula diferedundancia observada en los rente. La afinidad de las células agregados de genes codificadores de receptores del sistema inmuT por los antígenos es baja si se compara con la de algunos annitario: la agrupación de segmenticuerpos. Tampoco experimentos V , D1, D2 y J , esencialmentan las tasas de mutación que te idénticos y repetidos una y otra sufren los anticuerpos. vez en diversos cromosomas. En Muchos inmunólogos creyeron pocas palabras, esta recombinaen el pasado que la inmunidad ción, junto con otros rasgos excelular precedió a la humoral. Peclusivos de la genética del tiburo la naturaleza crónica del rerón, aporta los medios para la chazo de un injerto de piel entre rápida evolución de nuevas familos tiburones hacía pensar que lias de moléculas de receptor. Los su inmunidad celular no fuese segmentos de genes están conficonsistente y careciera posible- 3. TIBURONES Y SERES HUMANOS comparten nados en un solo cromosoma en mente de especificidad, eso con- una serie de propiedades inmunitarias. Ambos el caso de los mamíferos y no se cediendo que tuviera alguna ac- tienen timo y bazo. aprecia redundancia estructural. ción, por lo que fueron varios De ello se infiere que las posibiquienes rechazaron que los tibulidades de ese tipo de recombinarones poseyeran células T . anticuerpos, los genes que determi- ción son remotas. Para someter a prueba esta hipó- nan receptores de células T no han Todavía más. Según parece, la dutesis mis colegas y yo decidimos de- sufrido cambios importantes desde plicación de segmentos de genes —la terminar si el tiburón cornudo tenía hace 450 millones de años, cuando los existencia de múltiples V , D o J , un o no células T . La demostración irre- tiburones se separaron de la línea evo- logro del sistema inmunitario de los futable de la existencia de células T lutiva que habría de llevar a los ma- mamíferos— se ha conseguido a cosrequiere la identificación de sus re- míferos. El sistema de genes codifica- ta de introducir y mantener un númeceptores de antígeno. No nos servían dores de anticuerpos y el de los genes ro significativo de elementos genéti-

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4. LOS TIBURONES CORNUDOS se cuentan entre los organismos más antiguos en los que se ha conseguido identifica r de manera inequívoca la presencia de células T , los agentes de la inmunidad celular.

cos carentes de función. En los tiburones y las ráyidos, por otra parte, son infrecuentes los elementos no funcionales y probablemente no tardan en eliminarse del genoma. Como supervivientes de una línea evolutiva muy antigua quizá sean tiburones y ráyidos el único eslabón que nos una con los orígenes lejanos de la inmunidad de células T y B. Estos peces son un reflejo de un momento singular en el curso de la evolución. A través de la ventana que representan puede que algún día veamos los elementos que dirigieron la evolución de un sistema que es, en muchos sentidos, tan protector, o más, que las placas acorazadas de los desaparecidos placodermos. Si leyéramos como debiéramos lo escrito en el registro evolutivo, no de jaríamos de plantear varias cuestiones. ¿Cuál fue la despiadada naturaleza del desafío lanzado por los patógenos que obligó a cambios radicales en la organización de los genes codificadores de anticuerpos? ¿Acaso indican las enseñanzas ofrecidas por los vertebrados prehistóricos y las profundas diferencias observadas en los mamíferos contemporáneos que el sis-


tema inmunitario está preparado para sufrir cambios rápidos? Si ésa fuera la doctrina a extraer, tendríamos que replantearnos las ideas aceptadas sobre selección y adaptación evolutivas.

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Inmunología del embarazo

Gérard Chaouat

La madre tolera la presencia del feto a pesar de que lleve moléculas específicas del padre. La gestación es un “bricolaje evolutivo” perfeccionado

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El rechazo de los injertos odos los seres humanos difie- tejidos paternos cada vez mayor en ren entre sí y llevan “etique- algunas especies. tas” que los individualizan. uando el donante y el receptor no Peter Medawar, que obtuvo el preEsta es la razón de que los órganos mio Nobel de Medicina de 1960 por tienen las mismas moléculas “prode una persona sufran un rechazo si sus trabajos sobre injertos, estudió el pias”, es decir las mismas moléculas se transplantan a otra, a no ser que tema desde 1953. Supuso que la ra- del complejo principal de histocompase “amordace” el sistema inmunita- zón de que el “injerto” no fuese recha- tibilidad, los injertos se rechazan. Las rio del huésped, que es el que reco- zado era que el útero estaba aislado principales moléculas marcadoras de noce lo que es propio del organismo de los linfocitos maternos. Existen la identidad, de lo propio, en el caso concreto. El sueño de todo inmunó- efectivamente órganos “inmunológi- humano son las del sistema HLA, perlogo especialista en transplantes, el camente privilegiados”, como los ojos, tenecientes a dos subclases: los antíinjerto a voluntad de órganos y de te- en los que las reacciones inmunita- genos de clase I (HLA A, B y C), dia jidos humanos, incluso de tejidos pro- rias están inhibidas o ausentes por nas de los linfocitos asesinos, y los cedentes de otras especies animales, completo. Pero el útero no es uno de antígenos de clase II (HLA DR). El rese cumple cada día: es el “injerto fe- ellos, ya que durante la gestación rechazo consiste en la destrucción de las tal”, esa unión de madre e hijo que chaza todo tejido extraño salvo el “pro- células foráneas por los anticuerpos se produce durante el embarazo en- ducto del embarazo”. Esto le llevó a producidos por células específicas, los tre los mamíferos vivíparos. El “pro- suponer que la placenta inhibiese tem- linfocitos B, activados desde el momenducto”, es decir el conjunto del em- poralmente la expresión de las molé- to en que se detectan las mo léculas exbrión, la placenta y los anexos, culas de reconocimiento, como suce- trañas del donante. procede de una célula originaria en de en algunos tumores; una “barrera Una vez producidos, los anticuerpos la que la mitad de los “marcadores neutra” se erigiría entre la madre y se unen a estas moléculas extrañas y de lo propio” proviene del padre y la el feto. La nueva hipótesis también se activan una sustancia llamada comotra mitad de la madre. El óvulo fe- desmoronó rápidamente. plemento, que perfora su membrana. cundado y la placenta son “medio” Medawar consideró entonces que Esta sustancia es la responsable de las extraños al organismo materno. la madre estuviese sometida a una propiedades líticas de los anticuerpos Hay casos en los que el embrión re- depresión inmunológica durante el citotóxicos. El rechazo celular movilisulta de la fecundación de un ovocito embarazo. En aquella época se pro- za tres subclases de células: los linfopor un espermio provenientes ambos pusieron diversos “factores bloquean- citos T citotóxicos, los linfocitos T auxide donantes, como en ciertos supues- tes”, todos los cuales se revelaron liares y las células asesinas naturales. tos de procreación médicamente asis- ineficaces. Si tales sustancias ines- Al igual que los anticuerpos citotóxitida. El embrión es entonces comple- pecíficas circularan por la sangre, cos, los linfocitos T citotóxicos (CD8) tamente extraño a la madre que lo todas las reacciones inmunitarias reconocen los antígenos de histocomalberga. También se ha conseguido maternas quedarían también blo- patibilidad extraños y destruyen las obtener sin ninguna manipulación in- queadas, mientras que las mujeres células que los llevan. Estas células munitaria gestaciones de ciertos ani- embarazadas tienen defensas anti- constituyen la memoria inmunitaria males como resultado de fecundacio- víricas y anti micro bian as norm ales junto con los anticuerpos; su producnes realizadas por machos de otra y rechazan cualquier injerto histoló- ción necesita una quincena de días desespecie; son los llamados xenoinjer- gico, incluidos los procedentes de su de el primer injerto y una decena destos. propio feto. Medawar no consiguió de un segundo. Este es el tiempo que Mientras que sin un tratamiento identificar los elementos que evitan necesitan las células asesinas y los lininmunosupresor apropiado los trans- el rechazo del embrión. focitos productores de los anticuerpos plantes de órganos entre donantes y Actualmente se sabe que la placen- para reconocer las moléculas extrañas, receptores incompatibles acaban en ta expresa todo un conjunto de “eti- ser activados, multiplicarse luego, direchazos cada vez más fuertes, las pla- quetas” específicas, que la dan a co- ferenciarse y adquirir sus propiedades centas se toleran cada vez mejor de nocer al sistema inmunitario. Una citotóxicas. La proliferación y la mauna gestación a otra, siendo su tama- serie de sustancias inhibitorias actúa duración dependen de la activación de ño cada vez mayor. Los embarazos su- localmente para mantener la toleran- linfocitos T auxiliares (CD4) como concesivos favorecen una tolerancia in- cia inmunológica de la madre para secuencia del reconocimiento de los anmunitaria de la madre hacia los con el niño que lleva en su seno. tígenos “no propios”. Estos linfocitos 36

C

TEMAS 25

secretan citocinas, moléculas del sis- ceptores KIR se desbloquean en tema inmunitario indispensables pa- presencia de células extrañas que exra la multiplicación y para la madu- presen moléculas del complejo mayor ración de las células citotóxicas y de de histocompatibilidad de clase I dilas células productoras de anticuer- ferentes de las del huésped, activánpos. dose en pocos minutos las células aseEn el curso de un rechazo intervie- sinas naturales. Otros receptores de nen por último células de acción inla misma familia, los KAR (del inglés mediata, las células asesinas natura- Killer Activating Receptor, es decir reles. Estas células están normalmente ceptores activadores de las células inhibidas porque sus receptores, lla- asesinas) pueden desencadenar la limados KIR (del inglés Killer Inhibi- sis, pudiendo también modular la protory Receptor, es decir receptores in- ducción de citocinas por las células hibidores de las células asesinas), asesinas naturales. reconocen permanentemente las moPara un inmunólogo “clásico” el feléculas del complejo mayor de histo- to no sufre rechazo porque no existen compatibilidad del huésped. Los re- antígenos de histocompatibilidad en

LINFOCITO

CITOTOXICO T CITOTOXICO VASO SANGUINEO MATERNO

la superficie de las células que lo separan de la madre, es decir, en la superficie del trofoblasto, las células de la capa más externa de la placenta. Veremos que esta hipótesis entraña algunas dificultades, pero la teoría de una barrera neutra entre la madre y el feto es parcialmente verdadera: los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad de clase II no se expresan nunca en el trofoblasto, ni en la especie humana ni en otras. Si hay algún factor que origine esta expresión, se desencadena inevitablemente un aborto. No solamente los gametos y el huevo fecundado no expresan ningún antígeno del complejo principal de

MOLECULAS INHIBIDORAS DE LOS ANTICUERPOS CITOTOXICOS

ANTICUERPOS CITOTOXICOS ANTIGENOS DEL COMPLEJO PRINCIPAL DE HISTOCOMPATIBILIDAD DEL PADRE

TROFOBLASTO

PEDUNCULO DE CONEXION CELULA ASESINA NATURAL NATURAL

LAMINA EMBRIONARIA

SACO VITELINO

ESTEROIDES PROSTAGLANDINAS TGF BETA 2

1. LA MADRE TOLERA AL FETO a pesar de los antígenos pertenecientes al padre que éste tiene. Esto sucede gracias a toda una serie de sustancias que inhiben localmente el sistema inmunitario. De esta forma los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad heredados del padre están presentes en la superficie del trofoblasto, la capa más externa de la placenta, y activan los linfocitos B, que producen anticuerpos contra estos antígenos


CAVIDAD UTERINA

“extraños”. Pero las moléculas liberadas por la placenta inhiben estos anticuerpos potencialmente peligrosos. Los linfocitos T citotóxicos y las células asesinas naturales deberían ser activados también por la presencia de moléculas heredadas del padre. Factores inmunosupresores inmunosupresores segregados por la placenta o por el útero vuelven a inactivar las células que podrían amenazar al feto. El esquema corresponde a un embrión de 16 días.

37

Las hipótesis histocompatibilidad, sino que incluso tán en el primer embarazo) y el 75 de la tolerancia en la placenta ya diferenciada hay una por ciento de las multíparas segrezona que está en contacto con la sanguen anticuerpos frente al padre, el gre materna y en la que el trofoblasto uando se descubrió que la pla- embarazo no es posible más que si no expresa ningún antígeno principal centa lleva antígenos del comple- no los han sintetizado. La producde histocompatibilidad, ni de clase II jo principal de histocompatibi lidad ya ción de anticuerpos facilitantes que ni de clase I; en el caso humano se tra- se sabía que algunos tumores de los desencadenarían desencadenarían la tolerancia de la ta del sincitiotrofoblasto, que forma la ratones desencadenan fundamental- madre con respecto a su feto no es, primera línea de separación de las ve- mente la producción de anticuerpos pues, la explicación de la supervillosidades de la placenta y de la san- que no activan el complemento, es de- vencia venc ia del concebi conc ebido, do, ni tampoco tamp oco la gre materna. cir, que no lisan las células. El orga- existencia durante el embarazo de Con la excepción de los primates, nismo “tolera” el tumor, debido a que células reguladoras, llamadas suprela placenta que se instala en el útero los anticuerpos se ligan a las molécu- soras. Se ha podido preinmunizar a expresa antígenos de clase I en todas las del complejo principal de histo- la madre frente al padre e injertarlas demás especies. En el caso de la compatibilidad compatibilidad ajenas y las esconden le luego tejidos paternos durante la hembra de ratón estos antígenos, que de las células asesinas, lo que evita gestación. Estos injertos se rechazan aparecen sobre el exterior de la pla- su destrucción. violentament violen tamente, e, lo que prueba que circenta entre los días 9 y 10 después de Se ha investigado este fenómeno culan anticuerpos citotóxicos y que la implantación, son perfectamente de “facilitación inmunológica” en el están activadas las células asesinas, accesibles al sistema inmunitario ma- embarazo. Si bien se encuentran ta- a pesar de que la gestación se desaterno, que es capaz de reconocerlos. les anticuerpos no citotóxicos, llama- rrolle bien y que el peso de la plaEn la mayoría de las especies esta ex- dos facilitadores, en la hembra de centa y del recién nacido sean inclupresión de antígenos es así fuente po- ratón, éste no es el caso de la hem- so superiores a lo normal. tencial de rechazo. Destaquemos un bra humana, en la que los anticuer¿Cómo se controlan los anticuerpos hecho aparentemente paradójico: la pos maternos frente al padre son para no convertirse en una amenaza? parte más externa de la placenta es siempre potencialmente peligrosos. En diferentes especies, por ejemplo la que lleva los antígenos, mientras Es más, aunque el 25 por ciento de en el ratón, la producción de anticuerque la más interna es la neutra. las mujeres primíparas (las que es- pos está desviada por el influjo de ci-

C

CELULA PRESENTADORA PRESENTADORA DE ANTIGENOS

LINFOCITO

B

CELULA DEL HUESPED

ANTICUERPOS

MOLECULA DEL CMH DEL HUESPED MOLECULA DEL COMPLEMENTO

CELULA ASESINA NATURAL ACTIVADA

CELULA ASESINA NATURAL NATURAL INHIBIDA

CITOCINAS

PERFORINA RECEPTOR KIR LINFOCITO T AUXILIAR

CELULA EXTRAÑA

2. LAS SERIES DE CELULAS Y DE MOLECULAS que dirigen las reacciones inmunitarias hacen intervenir innumerables agentes. Cuando las células presentadoras de antígenos (en rosa) exponen en su superficie antígenos de una célula extraña (en azul verdoso) que activan los linfocitos B específicos, estos últimos producen anticuerpos, que se unen a su antígeno y estimulan las moléculas del complemento (en violeta), que perforan la membrana de la célula extraña, destruyéndola. Intervienen también los linfocitos T citotóxicos, citotóxicos, los linfocitos T auxiliares y las células asesinas naturales. Los linfocitos T

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LINFOCITO

CITOTOXICO T CITOTOXICO

citotóxicos reconocen los antígenos extraños y los linfocitos T auxiliares segregan las citocinas, especialmente la interleucina 2. Las células asesinas naturales están normalmente inhibidas, puesto que sus receptores KIR están ligados a las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad del huésped (arriba a la derecha). Las células asesinas entran en juego en presencia de una célula extraña que expresa una molécula del complejo principal de histocompatibilidad histocompatibilidad diferente de la del huésped. La activación de todos los agentes celulares provoca la eliminación de las células extrañas al organismo.

TEMAS 25

tocinas de la placenta hacia la producción preferencial, pero no exclusiva, de anticuerpos que no son citotóxicos. La placenta segrega además moléculas que inhiben la actividad del complemento, que recordamos que es el responsable de las propiedades líticas de los anticuerpos. En el caso de ratones en los que se bloquea la expresión de estas moléculas inhibidoras (el gen CCRY está inactivado), los embriones se rechazan después de la implantación; al no estar inactivado el complemento por el CCRY, los anticuerpos líticos actúan y el embrión es rechazado. Estas moléculas (CCRY, en el caso de la hembra de ratón, y MCP o DAF, en la mu jer) je r) “tr ans forma fo rma n” loc alm ent e un anticuerpo citotóxico en un anticuerpo bloqueante.

losas acuden al sitio de la implantaExaminemos el caso de la progesteción uterina y segregan un factor, rona. Normalmente los linfocitos no llamado TGF beta 2; este factor, que expresan receptores de la progesterointerviene en el crecimiento y en la di- na, pero la activación de estos linfociferenciación celular de los fibroblastos tos por un antígeno ajeno desencadena embrionarios, pertenece a una familia la expresión de receptores de progesde factores de crecimiento que son po- terona en su membrana nuclear. Cuantencialmente inmunosupresores y que do la concentración de progesterona constituyen incluso la única familia de es elevada, los linfocitos activados sefactores de crecimiento dotada de tal gregan dos factores, el PIBF y el TJ6, propiedad. La evolución ha seleccionados moléculas inmunosupresoras. La do las placentas en las que el creci- interfase de útero y placenta es el únimiento óptimo depende de factores in- co lugar del organismo donde se enmunosupresores. cuentran a la vez linfocitos del com Al mi smo tiempo tiem po que q ue e l TGF beta plejo principal de histocompatibilidad 2, toda una serie de TGF se sinteti- ajenos y concentraciones de progestezan en el punto de implantación. Pa- rona elevadas. ra evitar el rechazo, el reclutamiento Los factores TGF, las hormonas esde las células secretoras de TGF be- teroideas y las prostaglandinas suprita 2 uterinas precede algunos días a men a la vez la actividad de los linfola expresión de los antígenos del com- citos T CD8 citotóxicos y la de las plejo principal de histocompatibilidad células asesinas naturales, de modo del trofoblasto externo. La neutrali- que la concentración de factores inmuLas células asesinas zación de TGF beta 2 aumenta los nosupresores en la interfase maternonaturales abortos de las hembras de ratón. Di- fetal es grande. Esta es la razón de que versas sustan cias están presente s en revista gravedad la aparición en este o son sólo los anticuerpos, sino el punto de implantación además de lugar de algunos patógenos como la también los linfocitos T y y las cé- este factor, entre las que destacan las listeria. Las defensas inmunitarias lolulas asesinas quienes favorecen los prostaglandinas y los esteroides in- cales están inhibidas por mecanismos rechazos. munosupresores (véase la figura 1 ). que ya no distinguen entre la placenPocos linfocitos presentan los receptores clásicos de estas células en el útero gestante, pero la mayoría e xpresa un receptor que a veces está presente en los que circulan por la sangre. Se trata del receptor gamma delta, que les confiere propiedades reguladoras de la inmunidad. La particularidad del lugar de implantación del embrión es, sobre todo, su infiltración por numerosas células asesinas. Estas células (llamadas uNK, del inglés Uterine NK Cells , es decir células asesinas naturales del útero) llevan marcadores de superficie bastante diferentes de las NK presentes en la sangre. También su o rigen es diferente, pues provienen del endometrio, situado en el tejido uterino, y no de la médula ósea. La placenta se enfrenta a un dilema: si expresa antígenos maternos del complejo principal de histocompatibilidad de clase I maternos, pero también paternos, corre el riesgo de ser rechazada por los linfocitos T CD8 maternos, mientras que, si reprime esta expresión, se vuelve sensible a la lisis por las células asesinas naturales, que no detectan ya la 3. UN OVOCITO QUE ESTA SIENDO FECUNDADO está rodeado por una multi tud señal de lo propio (de la madre) y co- de espermatozoides. Uno solo penetra en el óvulo y lo fecunda. Los demás han de rren el riesgo de eliminar estos apa- ser eliminados, para lo que se pone en marcha el sistema inmunitario. Este mecanismo refleja el equilibrio sutil que debe conseguirse durante el embarazo. Por una rentes intrusos. parte hay que activar los elementos de defensa, para eliminar los espermatozoides Diversos mecanismos supresores re- excedentes, por ejemplo, pero no hay que hacerlo demasiado, lo que provocaría el dundantes luchan contra esta amena- rechazo del propio feto. También hay que silenciar los elementos de defensa para za. Actúan en el útero, en el sitio de que el feto, que lleva moléculas del padre, extrañas a la madre, no se vea amenazaimplantación, donde los aporta la pla- do, aunque tampoco se los puede frenar mucho puesto que ha de ser posible resiscenta misma. Pequeñas células granu- tir ante eventuales agentes patógenos como, por ejemplo, la listeria.

N


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ta y los agentes patógenos, por lo que éstos pueden multiplicarse sin trabas, lo que conlleva un aborto e incluso la muerte de la madre.

Los factores inmunosupresores

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ay algunas especies animales, como los ovinos y los bovinos, que carecen de la hormona gonadotropina coriónica. El mantenimiento del cuerpo amarillo está asegurado en ellas por la trofoblastina, una sustancia que se ha revelado como un interferón perteneciente a una nue va familia, los interferon es tau, con capacidad antivírica y que son buenos inmunosupresores. Pero en la especie humana no existe un tipo de interferones equivalente, nueva prueba de que los mecanismos inmunológicos de la gestación difieren de una especie a otra. La placenta de todas las especies segrega factores inmunosupresores específicos, entre ellos una proteína llamada HLA-G soluble, que es capaz de inhibir los linfocitos T incluso después de la activación de sus receptores, llegando a provocar su eliminación. Estos mecanismos explicarían cómo se controlan los linfocitos T CD8. Pero ¿cómo se domestica a las células asesinas naturales? Hay mecanismos adicionales que regulan la expresión de los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad además de las moléculas ya citadas. La placenta de la mayoría de las especies expresa antígenos de clase I maternos, que se ligan a los receptores KIR, inhibiendo las células asesinas naturales. Por el contrario, se pensaría que la placenta externa humana ha perdido todos los antígenos de clase I (HLA A, B, C), minimizando así el conflicto con los linfocitos T . De cualquier forma, en estas condiciones, resultaría una diana potencial para las células asesinas naturales. Esta es la razón de que varios equipos investigadores se hayan interesado en la expresión de una molécula casi invariable de una persona a otra, llamada HLA-G, que se suponía restringida a la placenta. Esta molécula es una molécula de clase I “truncada”, de forma que ya no la reconocen los linfocitos T . Pero ha conservado las partes que influyen sobre los receptores de las células asesinas naturales, particularmente los receptores KIR, de modo que inhibe la lisis por estas células asesinas. Algunas formas solubles de esta molécula desencadenan también la muerte de los linfocitos T

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citotóxicos CD8 activados. Estas for- sa los antígenos del complejo princimas solubles participarían en la de- pal de histocompatibilidad paternos: saparición específica (denominada de- la placenta provoca un “conflicto” inlección clonal) de los linfocitos T munitario, que permite modular las citotóxicos (CD8), activados por el re- citocinas secretadas en el momento conocimiento de los antígenos del pa- en el que el componente lítico es dodre, que se ha observado durante el minado. Cuando hay conflicto, los meembarazo. canismos puestos en juego para resol¿Es entonces la HLA-G “la” molé- ver lo con ducen fin alm ent e a una cula del mantenimiento del embara- buena tolerancia del feto y a un mezo? Sin negar su importante papel en jor desarrollo. el caso de los primates, hay que maSon precisamente estos mecanismos los que impiden obtener cepas congétizar su importancia, pues esta teoría choca con varios escollos. Hay muje- nicas o razas puras en algunas esperes que no expresan HLA-G y tienen cies animales. Esto explica también embarazos normales. En segundo lu- que algunas poblaciones humanas engar, todavía no se ha demostrado for- tre las que la consanguinidad es granmalmente que existan equivalentes de presenten una baja fertilidad. Las funcionales del HLA- G en otras espe- parejas huterites de América del Norcies. En tercer lugar, la teoría tendría te, por ejemplo, tienen a menudo diez sentido si fuese el HLA-G la única mo- o más hijos; esta asombrosa fecundilécula del complejo principal de his- dad es bastante común, pero a menutocompatibilidad expresada por el tro- do se tarda en ello veinte años, lo que foblasto humano, pero se acaba de indica que el intervalo entre dos emdemostrar que el troflobasto humano barazos es superior a los 12 meses haexpresa también HLA-C. Finalmen- bituales cuando no interviene la conte, el equipo de Gilles Thibault ha con- tracepción, y el peso de los niños al firmado recientemente que el trofo- nacer no aumenta con cada embarazo, blasto resiste la lisis, incluso en como suele suceder cuando los padres ausencia de HLA-G. Posiblemente ni no son consanguíneos. siquiera participe en la inhibición toEl diálogo que se establece entre la tal de las células asesinas. Podría en placenta y el sistema inmunitario macambio regular la producción de cito- terno reacciona sobre la expresión de cinas o controlar la invasión del tro- las citocinas. Las citocinas inflamatofoblasto, sobre todo en los vasos del rias, como la TNF y el interferón útero materno. gamma, que son las reguladoras del parto, de la invasión placentaria y de la vascularización local, impiden la La red local de citotocinas implantación o resultan abortivas en grandes dosis, sobre todo activando la odos estos mecanismos inhiben la coagulación en los vasos maternos que actividad lítica de los linfocitos T irrigan la placenta. Esta última evita citotóxicos. Se supone que impiden so- tales peligros secretando (a veces babre todo la producción de la nociva in- jo la influencia de los interferones tau) terleucina 2, cuya presencia haría que citocinas antiinflamatorias, sobre tolas células asesinas naturales se con- do la interleucina 4, que regula la ca virtiesen en “superasesinas”, capaces lidad de los anticuerpos maternos (no de lisar los trofoblastos. Se ha com- citotóxica/citotóxica), y la interleuciprobado que la interleucina 2 es efec- na 10, que refuerza la inmunosupretivamente la causante de algunos sión local. abortos de origen inmunitario. InhiLa expresión en la frontera entre ben también las células asesinas na- la madre y el feto de estas citocinas turales, pero dejan intacta la secre- antiinflamatorias sería así una de las ción de la mayoría de las otras citoci- claves del embarazo que sigue adenas. El embrión y la placenta se en- lante con éxito. Los abortos repetiticuentran de hecho inmersos en una vos y algunos fallos de implantación multitud de citocinas segregadas por se deben efectivamente a un exceso el útero, por la placenta y hasta por de citocinas inflamatorias en el caso los linfocitos mismos. de las hembras humanas y de ratón. Los linfocitos T que detectan como Pero este esquema es simplista. Alextraño al concebido secretan citoci- gunas expresiones son transitorias, nas (por ejemplo la GM-CSF, la CSF- estando limitadas en el tiempo y en 1, la interleucina 3), que optimizan el el espacio. Son los casos de la exprecrecimiento de los trofoblastos; este sión de la interleucina 12 sobre el troefecto, llamado inmunotrofismo, ex- foblasto periimplantatorio y de la inplica por qué el peso de la placenta terleucina 18 sobre las células aumenta con las gestaciones y por qué asesinas naturales que afluyen al útees el trofoblasto externo el que expre- ro en el momento de la expresión de

T

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los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad sobre el trofoblasto: se producen únicamente en el sitio de implantación y casi exclusi vamente el día mismo de esta expresión. De esto se deduce que las células asesinas naturales no se contentan con regular por medio de su acción lítica el crecimiento del trofoblasto invasivo. Anne Croy y Marie-José Guimond han mostrado que en el caso de algunos ratones genéticamente modificados que no poseen células asesinas naturales ni linfocitos T y en los que todo debería desarrollarse bien, al estar ausentes todos los elementos de rechazo celular, las placentas son morfológicamente normales, pero también muy pequeñas y los fetos mueren antes de llegar a término. Esta anomalía se corrige mediante la inyección de células asesinas naturales. Es así como la madre y el feto establecen un diálogo elaborado, correspondiente a cada estadio de la gestación, y en el que las influencias inmunitarias recíprocas resultan fundamentales, el primer plano de las cuales lo ocupan las células asesinas, mitad ángeles y mitad demonios.

La implantación como fenómeno inflamatorio

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stamos lejos de un simple fenómeno de injerto y más lejos aún si consideramos el momento de la implantación del zigoto. De hecho el período preimplantatorio se desarrolla en un ambiente inflamatorio poderoso y sería muy peligroso si se prolongase. En esta fase son indispensables dos citocinas, la LIF y la interleucina 11. Cuando la expresión de LIF está inhibida o el receptor de la interleucina 11 bloqueado no se implanta ningún huevo. La inflamación tiene además que estar limitada: un exceso de TNF, que está presente en esta fase en cantidades moderadas, tiene propiedades antiimplantatorias y abortivas. Pequeñas cantidades de TNF, de LIF y de interleucina 11 persisten luego en el útero, en contacto con el trofoblasto. Toda inflamación desencadena la expresión de moléculas de adherencia sobre ciertas células, especialmente sobre los macrófagos. Pero las células del trofoblasto tienen propiedades que recuerdan las de los macrófagos, pues aseguran sobre todo la fagocitosis (la digestión) de los agentes microbianos que pudieran establecerse localmente, función que


4. CELULAS ASESINAS NATURALES DEL UTERO. Son células temibles, pero indispensables para el desarrollo correcto del embrión. Su núcleo aparece aquí en azul y las proteínas del citoplasma en rojo (2 000 aumentos).

queda intacta en el caso de la listeriosis. Las moléculas de adherencia, que encuentran sus moléculas complementarias en el útero, reaccionan además como una cremallera, permitiendo la fijación de la placenta al útero. La reacción inflamatoria es normal. No hay más que un espermatozoide que sobreviva, los otros mueren donde están. Conviene, por tanto, limpiar el útero de todos estos cadáveres, lo que genera una intensa reacción macrofágica local tras el coito. Como no con viene dejar que esta actividad se embale, razón por la que los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad no se expresen en el óvulo fecundado, se ponen a funcionar rápidamente diversos mecanismos inmunorreguladores, sobre todo inmunosupresores. ¿Qué consecuencias se pueden sacar de este panorama para la explicación y la prevención de los abortos y las esterilidades? En principio es raro que una esterilidad de origen inmunológico tenga una causa única. Algunos casos se conocen bien, como la deficiencia cuantitativa o cualitativa de factor LIF en mujeres en las que no se produce la implantación después de la fecundación in vitro o el exceso local de TNF en algunos abortos repetidos durante el primer trimestre de gestación. En este último caso pueden resultar eficaces los tratamientos con corticoides, que inhiben el sistema inmunitario, o con la asociación de aspirina y de heparina, utilizadas como anticoagulantes. No cabe duda de que se avanzará paulatinamente en la identificación de la causa molecular de estos problemas y en la puesta a punto de tratamientos específicos. Entre tanto con vi en e se r pr ud en te s an te lo s tratamientos milagrosos. Hay quienes han propuesto inmunizar a la ma-

dre contra los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad del futuro padre, tratamiento que resulta eficaz en determinadas cepas de ratones, pero cuya tasa máxima de éxito en mujeres es de uno entre once. El tratamiento no está además desprovisto de riesgos y no se dispone de ningún medio diagnóstico que permita diferenciar a la persona susceptible de las otras. La idea de que el embarazo consista en una simple tolerancia a un injerto ajeno va resultando en todo caso cada vez más remota, mientras que va ganando fuerza la comparación con algunos tumores o con ciertas situaciones de parasitismo y mejor aún de simbiosis. Entre madre e hijo se establece un diálogo predeterminado y muy elaborado, hecho a base de preguntas y de respuestas moleculares, como prólogo de otros intercambios presentes desde el principio entre ellos. Estos mecanismos favorecen biológicamente el “surgimiento del otro”. La aceptación pasa por el diálogo ya desde esos primeros momentos de la vida.

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Así protege la leche de la madre al recién nacido

Jack Newman

Algunas de las moléculas y células presentes en la leche materna contribuyen de manera eficaz a prevenir las infecciones en el recién nacido

L

os médicos saben desde hace tiempo que los recién nacidos que reciben lactancia natural contraen menos infecciones que los que se alimentan de biberón. Se suponía hasta hace poco que los niños amamantados corrían mejor suerte en lo referente a infecciones porque la leche de la madre estaba libre de bacterias, en tanto que la leche artificial, que hay que diluir en agua e introducir en el biberón, se contaminaba fácilmente. Pero por mucho que se esterilizara la leche artificial, los niños con sólo ella alimentados eran más proclives a padecer meningitis, otitis e infecciones intestinales, respiratorias y del tracto urinario que los niños que mamaban. La razón, según se sabe ahora, se encuentra en la leche de la madre, que contribuye a que el neonato se vea libre de enfermedades gracias a una serie de factores. La ayuda materna es especialmente eficaz en los primeros meses de vida, cuando el bebé no puede valerse aún con plena eficacia de su propio sistema inmunitario y defenderse de los microorganismos patógenos. La UNICEF y la Organización Mundial de la Salud recomiendan la lactancia natural “hasta los dos años o más incluso”. Sépase, por lo demás, que la plenitud inmunitaria del pequeño no se alcanza hasta los cinco años de edad, más o menos. Todos los niños reciben ya cierta protección antes de nacer. La madre envía anticuerpos al feto a través de la placenta durante la gestación. Estas proteínas circulan por la sangre del niño durante semanas e incluso meses después del nacimiento, neutralizando microorganismos o marcándolos para que los destruyan los fagocitos, células inmunitarias que engullen y degradan bacterias, virus y detritus celulares. Pero el niño amamantado goza de una protección añadida al recibir con la leche materna anticuerpos, otras proteínas y células inmunitarias.

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MICROORGANISMO CELULAS EPITELIALES

CELULA M CELULA T COADYUVANTE SEÑAL QUIMICA CELULA B ACTIVADA MACROFAGO CANAL LINFATICO

1. DESPUES DE INGERIR UN MICROORGANISMO (izquierda) la parturienta fabrica moléculas de IgA secretoria, anticuerpo que pasa a la leche (centro) y contribuye a proteger al recién nacido frente a los agentes patógenos del entorno (derecha). Las células M de la madre (círculo de la izquierda) —del revestimiento del tracto digestivo— atrapan al microorganismo, que entregan a los macrófagos. Son éstos células inmunitarias que degradan el agente patógeno y presentan los

TEMAS 25

Una vez ingeridas, estas moléculas y células contribuyen a la defensa contra microorganismos evitando que penetren en los tejidos del lactante. Algunas de las moléculas se engarzan en los microorganismos de la luz del tracto gastrointestinal. Consiguen así bloquearlos e impiden que se fijen a la mucosa intestinal y la atraviesen; se llama mucosa, o epitelio, la capa de células que tapiza el tracto digestivo y otras cavidades corporales. Compete a otras moléculas recortar el suministro de minerales y vitaminas que las bacterias patógenas necesitan para pros-

perar en el tracto digestivo. Ciertas células inmunitarias de la leche humana son fagocitos que atacan directamente a los microorganismos. Otra familia de esas células sintetiza moléculas que refuerzan la propia respuesta inmunitaria del lactante.

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os anticuerpos, denominados también inmunoglobulinas, se presentan en cinco formas básicas: IgG, IgA, IgM, IgD e IgE. Las cinco se encuentran en la leche humana. Predomina, con mucho, el tipo IgA, en particular el que se conoce con el nombre de forma

secretoria de IgA, distribuida en grandes cantidades por el intestino y el sistema respiratorio de los adultos. Estos anticuerpos están constituidos por dos moléculas de IgA unidas a un componente secretor, una suerte de escudo de las moléculas del anticuerpo que las protege del ataque del jugo gástrico y de las enzimas digestivas del estómago e intestino. El niño que depende de la lactancia artificial dispone de medios muy limitados para hacer frente a los patógenos que ingiera mientras no empiece a fabricar sus propios complejos de IgA secreto-

MICROORGANISMO

COMPONENTE SECRETOR

VASO SANGUINEO GLANDULA GALACTOGENA

CELULAS EPITELIALES DE REVESTIMIENTO INTESTINAL

CELULA PLASMATICA

ANTICUERPO IgA SECRETORIO

fragmentos del mismo (antígenos) a otras células inmunitarias, los linfocitos T coadyuvantes; éstos segregan a su vez sustancias que activan a otras células inmunitarias, los linfocitos B. Por su lado, las células B entran en una etapa de maduración y se transforman en células plasmáticas, que se desplazan hasta los tejidos epiteliales de la mama y liberan


anticuerpos (círculo del centro). Algunas de estas moléculas penetran en la leche que succiona el niño. En el tracto digestivo del bebé (círculo de la derecha) los anticuerpos, que están protegidos de la degradación por el componente secretorio, evitan que los microorganismos atraviesen las paredes intestinales del lactante.

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Cuadro sinóptico de las ventajas inmunitarias de la leche materna Componente

Acción Leucocitos

Linfocitos B

Generan anticuerpos dirigidos contra microorganismos específicos.

Macrófagos

Destruyen microorganismos en el intestino del lactante, producen lisozima y activan otros componentes del sistema inmunitario.

Neutrófilos

Pueden actuar a la manera de los fagocitos, ingiriendo bacterias del sistema digestivo del lactante.

Linfocitos T

Destruyen directamente células infectadas o envían mensajes químicos que ponen en marcha otras defensas. Proliferan en presencia de organismos que producen enfermedades graves en el recién nacido. También fabrican compuestos que refuerzan la propia respuesta inmunitaria del niño. Moléculas

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Anticuerpos de la clase IgA secretoria

Se unen a microorganismos del tracto digestivo del niño y, por tanto, impiden su paso a través de las paredes del intestino, razón por la cual no llegan a los tejidos del organismo.

Proteína fijadora de B 12

Reduce la cantidad de vitamina B12, que las bacterias necesitan para su crecimiento.

Factor bífido

Promueve el crecimiento de Lactobacillus bifidus , una bacteria inocua, en el intestino del niño. El crecimiento de estas bacterias inocuas contribuye a frenar el de las variedades dañinas.

Acidos grasos

Desgarran las membranas que rodean a algunos virus y los destruyen.

Fibronectina

Potencia la actividad antimicrobiana de los macrófagos; contribuye a la reparación de los tejidos lesionados por las reacciones inmunitarias en el intestino del niño.

Interferón gamma

Potencia la actividad antimicrobiana de las células inmunitarias.

Hormonas y factores de crecimiento

Estimulan el sistema digestivo del niño y hacen que madure más rápidamente. Una vez que se asegura el ci erre del revestimiento membranoso que cubre el intestino maduro, el recién nacido se hace menos vulnerable a los microorganismos.

Lactoferrina

Se une a hierro, mineral que muchas bacterias necesitan para sobrevivir. Al mermar la cantidad disponible de hierro, la lactoferrina frena el crecimiento de las bacterias patógenas.

Lisozima

Destruye bacterias al disgregar sus paredes celulares.

Mucinas

Se adhieren a bacterias y virus, evitando así que los microorganismos se aferren a la superficie de las mucosas.

Oligosacáridos

Se unen a los microorganismos y les impiden que se adhieran a la superficie de las mucosas.

ria, algo que no sucede hasta transcurridas varias semanas, meses quizá, desde el nacimiento. Las moléculas secretorias de IgA, que el lactante recibe de la madre, no limitan su virtualidad a la capacidad de unirse a microorganismos y mantenerlos alejados de los tejidos corporales. En primer lugar, los anticuerpos transmitidos al recién nacido están muy polarizados contra los agentes patógenos presentes en el entorno inmediato. La madre sintetiza anticuerpos cuando ingiere un agente patógeno, cuando lo inhala o cuando entra en contacto con el mismo. Cada anticuerpo que fabrica es específico para cada uno de estos agentes; es decir, se tiene afinidad por una proteína, o antígeno, perteneciente al microorganismo y no perderá el tiempo atacando sustancias irrelevantes. Puesto que la madre sólo produce anticuerpos dirigidos contra los agentes patógenos presentes en el entorno, e l niño recibe protección frente a aquello que más necesita: contra los agentes infecciosos que con mayor probabilidad va a encontrarse en las primeras semanas de vida. En segundo lugar, los anticuerpos que el recién nacido recibe no se inmutan ante la presencia de las bacterias útiles que suele haber en e l intestino. Esta flora se encarga de arrinconar a los organismos nocivos que ven así dificultado su crecimiento, fenómeno que constituye un nuevo medio de resistencia. Pero se desconoce cómo se entera el sistema inmunitario materno de que debe fabricar anticuerpos exclusivamente dirigidos contra las bacterias patógenas y no contra las beneficiosas. Cualquiera que sea el mecanismo, facilita el asentamiento de las “bacterias buenas” en el intestino del lactante.

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as moléculas secretorias de IgA proporcionan al niño una nueva barrera defensiva que, a diferencia de lo que ocurre con los demás anticuerpos, mantiene a raya las enfermedades sin producir inflamación, proceso en el que sustancias diversas destruyen los microorganismos, aunque también podrían dañar los tejidos. La membrana mucosa resulta extremadamente delicada mientras se desarrolla el intestino del neonato, por lo que un exceso de tales sustancias causaría un daño considerable. Interesa resaltar la posibilidad de que la IgA secretoria proteja también la superficie de otras mucosas además de la intestinal. En muchos países, sobre todo del Medio Oriente, de la zona occidental de Sudamérica y del

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norte de Africa, las mujeres macró fa gos constituyen UNIDAD DE IgA aplican leche a los ojos del hasta un 40 por ciento del niño para tratar infecciones total de los leucocitos prede la conjuntiva. No tengo sentes en el calostro. COMPONENTE noticia de que se haya estuMucho más activos que los SECRETOR diado científicamente este neutrófilos de la leche, remedio, pero en teoría podrían, a tenor de podría resultar eficaz. Si no experimentos recientes, lo fuera al menos en algudesarrollar una movilidad nas ocasiones, tal práctica muy superior a la de sus hubiera desaparecido. congéneres de la sangre. Son varias las moléculas Adem ás de su cará cter de la leche de la madre, adefagocítico, los macrófagos más de la IgA secretoria, de la leche fabrican que impiden que los milisozima, contribuyendo a CADENA J DOMINIO croorganismos se adhieran aumentar la cantidad de DE ENLACE a la superficie de las mucoesta enzima presente en CON EL ANTIGENO sas. Los oligosacáridos, simel tracto intestinal del ples cadenas de azúcares, 2. UN ANTICUERPO SECRETORIO IgA, representado esquemá- niño. La lisozima destruye contienen a menudo domi- ticamente, está constituido por dos moléculas de IgA “pegadas” bacterias al desgarrar sus nios que remedan los sitios entre sí por un fragmento proteico, la cadena J. El elemento paredes celulares. de unión a través de los cua- secretor (azul) se enrolla alrededor de las moléculas unidas. Las Más aún, los macrófales las bacterias acceden al elipses representan dominios funcionales. El anticuerpo consta gos, una vez en el intesde cuatro brazos, cada uno de los cuales contiene un dominio interior de las células que por donde se enlaza con el antígeno. tino, pueden lanzar a los revisten el tracto intestinal. linfocitos contra microorEstos azúcares pueden ganismos invasores. Los interceptar así a las bacterias y formar tipo de leche de aspecto a veces ama- linfocitos representan el 10 por ciento complejos inocuos que el niño excreta. rillento, que produce en exigua cuan- restante de los leucocitos de la leche. La leche materna contiene además tía la madre durante los primeros días Alrededor del 20 por ciento de estas mucinas, macromoléculas cuya estruc- después del alumbramiento— tiene células son linfocitos B, los productotura consta en buena parte de proteí- también una potente actividad anti- res de los anticuerpos; el resto son nas y de carbohidratos. También las vírica. Y la fibronectina, que abunda linfocitos T , que destruyen directamucinas pueden adherirse a las bac- en el calostro, puede reforzar la agre- mente células infectadas o envían terias y los virus y eliminarlos del sividad de ciertos fagocitos, que así mensajes químicos para que intervenorganismo. llegan a ingerir los cuerpos extraños gan otros componentes del sistema Las moléculas de la leche también aun cuando no estén marcados con el inmunitario. Según parece, el comllevan a cabo otras funciones. Cada pertinente anticuerpo para su des- portamiento de los linfocitos de la molécula de lactoferrina, por ejemplo, trucción. Lo mismo que la IgA secre- leche difiere del mostrado por los linpuede unirse a dos átomos de hierro. toria, la fibronectina frena el proceso focitos de la sangre; aquéllos, por Como muchas bacterias patógenas inflamatorio; según parece, interviene ejemplo, proliferan en presencia de prosperan en presencia de hierro, esta también en la reparación del tejido Escherichia coli , una bacteria que proteína detiene su propagación al alterado por la inflamación. puede poner en peligro la vida del privarles del ion. Se muestra sumalactante, pero ante otros agentes que l igual que ocurre con las molécu- representan una amenaza menor para mente eficaz a la hora de frenar la proliferación de microorganismos que, las defensivas, en la leche materna el niño responden con mucha menos como Staphylococcus aureus , suelen abundan las células inmunitarias. Son energía que los linfocitos de la sangre. producir graves infecciones infantiles. leucocitos, que combaten directamente Los linfocitos de la leche fabrican tamLa lactoferrina corta también el prola infección y activan otros mecanis- bién diversas moléculas —interferón ceso por el que las bacterias digieren mos de defensa. Tales células de la gamma, factor de inhibición de la carbohidratos, un motivo más para serie blanca se hallan en número ele- migración y factor quimiotáctico del abortar su crecimiento. De manera vadísimo en el calostro. Se trata, en monocito, entre otras— que refuerzan semejante, la proteína fi jadora de B12, su mayoría, de neutrófilos, un tipo de la respuesta inmunitaria del propio como su denominación indica, priva fagocitos habituales en el torrente cir- lactante. a los microorganismos de la vitamina culatorio. Hay datos que permiten Varios estudios han llegado a la B12 . sospechar que los neutrófilos mantie- conclusión de que algunos factores de El factor bífido, uno de los primeros nen su actividad fagocítica en el intes- la leche materna podrían contribuir factores de la leche humana en cono- tino del lactante. Pero éstos son menos a la maduración del sistema inmunicerse de cuantos confieren resistencia agresivos que los neutrófilos de la san- tario, que procede con mayor celeridad a las enfermedades, promueve el cre- gre y acaban desapareciendo de la en el niño amamantado. Por ejemplo, cimiento de Lactobacillus bifidus , un leche materna unas seis semanas des- los niveles de anticuerpos producidos organismo beneficioso. Los ácidos gra- pués del parto. No se excluye, por en respuesta a inmunizaciones son sos libres presentes en la leche pueden tanto, que realicen alguna otra fun- más altos en el niño que recibe lacalterar las membranas de virus encap- ción, como podría ser la de proteger tancia natural. También ciertas horsulados, como el de la viruela de los de las infecciones a la mama. monas de la leche (como el cortisol) y pollos, que son paquetes de material Siguen en abundancia a los neutró- proteínas presentes en cantidades genético recubierto por una envoltura filos los macrófagos, que son también pequeñas (factor de crecimiento epiproteica. El interferón, que se encuen- fagocíticos y cumplen asimis mo dérmico, factor de crecimiento nertra especialmente en el calostro —un diversas misiones protectoras. Los vioso, factor de crecimiento parainsu-

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línico y somatomedina C) contribuyen a sellar el revestimiento mucoso del recién nacido, haciéndolo bastante impermeable a los agentes patógenos indeseables y a otros potencialmente nocivos. En estudios con animales se ha observado que el desarrollo del intestino después del nacimiento se produce con mayor rapidez en los indi viduos amamantados. Y los animale s que reciben el calostro, que contiene las mayores concentraciones de factor de crecimiento epidérmico, maduran antes incluso. Otros compuestos desconocidos que se esconden en la leche materna estimulan sin duda la producción infantil de IgA, de lactoferrina y de lisozima. Estas tres moléculas se encuentran en mayores cantidades en la orina de los niños que reciben lactancia natural que en la de los que la reciben artificial. Al ser el niño incapaz de absorber estas moléculas por el intestino, debe supo-

nerse que el lactante las produce en la mucosa del tracto urinario. En o tras palabras, todo indica que la lactancia natural induce inmunidad local en el tracto urinario. Respaldan esa hipótesis ciertos estudios clínicos, que han demostrado que los niños amamantados corren menos riesgo de padecer infecciones del tracto urinario. Por último, existen datos que indican la existencia de un factor, por el momento desconocido, presente en la leche humana, que podría inducir la producción de fibronectina por parte de los niños que se alimentan con lactancia natural, que la fabricarían en cuantía mucho mayor que los que tienen lactancia artificial.

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odo este conjunto de cosas hace de la leche materna un líquido realmente fascinante, que aporta al pequeño mucho más que una buena

nutrición. Le protege frente a infecciones hasta que llegue el momento en que pueda valerse por sí mismo.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA IMMUNOLOGY OF MILK AND THE NEONATE.

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En Breastfeeding; A Guide for the Medical Profession , por R. A. Lawrence. Mosby Year Book, 1994.

Respuesta inmunitaria. Función del MHC Antonio Celada

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l sistema inmunitario tiene como finalidad distinguir lo propio de lo ajeno y, una vez reconocido lo ajeno, eliminarlo. La mayoría de las sustancias extrañas, o antígenos, están compuestas por proteínas. Los microorganismos que llegan al organismo los captan una serie de células, denominadas presentadoras de antígeno, que desnaturalizan las proteínas en péptidos (fragmentos) de 15 a 20 aminoácidos y los presentan a los linfocitos T de subtipo CD4. Tras la interacción entre las células presentadoras y los linfocitos T , estos últimos se activan y dan lugar a la producción de citocinas, iniciándose así la respuesta inmunitaria con la posterior eliminación del agente extraño. Las células presentadoras de antígeno (linfocitos B, macrófagos, células dendríticas, células endoteliales, etc.) incluyen los péptidos producidos en las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de clase II. En linfocitos B y células dendríticas la expresión de e stas moléculas es constitutiva, se hallan siempre presentes, mientras que en las otras células se requiere el tratamiento previo con interferón gamma (IFN γ ). El péptido que está en forma lineal se instala en el surco de la molécula de clase II del MHC; el receptor de los linfocitos T

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reconocerá específicamente a ambos, péptido y molécula. La propia respuesta inmunitaria frente a un antígeno proteico y la contundencia de la misma dependen, en definitiva, de la correcta interacción entre los receptores T de los linfocitos y las moléculas de clase II del MHC que contengan el péptido. Los receptores linfocíticos pueden reconocer prácticamente cualquier tipo de estructura (el número de especificidades se cifra en torno a 1016). Pero el número de moléculas del MHC de clase II es limitado y, por tanto, condiciona la respuesta inmunitaria en un individuo determinado. El hecho de que el complejo principal de histocompatibilidad sea el sistema genético más polimórfico que se conoce, hace que se salve la especie; es decir, si frente a una epidemia una serie de individuos no producen una respuesta inmunitaria y fallecen, habrá otros individuos con el complejo principal de histocompatibilidad apropiado para dar una respuesta inmunitaria y sobrevivir. Compete también a las moléculas de clase II del MHC educar a los linfocitos T . Estas células se producen en la médula ósea y van al timo, donde proliferan y maduran. Parte del proceso de maduración lo invierten en el

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desarrollo del receptor de los linfocitos T ; mediante reorganización génica al azar, durante la maduración se producirán linfocitos capaces de reconocer cualquier tipo de molécula. Como al organismo sólo le interesan los linfocitos que reconozcan sus propias moléculas del MHC, los que no las reconozcan se desecharán, por inservibles, en un proceso de selección positiva. La educación de los linfocitos T se ordena hacia la selección negativa, donde se eliminan los linfocitos que reconozcan las propias estructuras (reconocimiento de la propia identidad).

L

a ausencia congénita de moléculas de clase II del MHC produce un síndrome de inmunodeficiencia severa combinada. Las respuestas de los linfocitos T y B son entonces deficitarias; se deja así vía abierta a las infecciones oportunísticas (por gérmenes benignos), diarrea crónica, infecciones víricas recurrentes, candidiasis, etc. De hecho, al no haber en el timo moléculas de clase II los linfocitos T no pueden interaccionar con el propio MHC y se eliminan. En consecuencia, los pacientes sufren una linfopenia T . Conocida antaño esta enfermedad por síndrome del linfocito pelado (Bare lymphocyte ), en la última clasificación de la OMS de las inmunodeficiencias se la ha denominado síndrome por carencia de moléculas del MHC. La enfermedad demuestra la importancia de las moléculas de clase II en la respuesta inmunitaria. Se han producido líneas celulares a partir de los linfocitos de estos sujetos, que no expresan moléculas de clase II del MHC. Mediante la fabricación de células híbridas (complementación) se ha demostrado la existencia de cuatro defectos distintos. Curiosamente ninguno de los cuatro se debe a mutaciones o deleciones de las regiones codificantes de estas moléculas. Los defectos se encuentran en la región reguladora de los genes que expresan las moléculas de clase II del complejo principal de histocompatibilidad. En la región reguladora, o promoto r, de todos los genes de clase II se han identificado tres secuencias que persisten durante la evolución: se las denomina cajas Y, X y W, y en los humanos corresponden a los genes DRα y DRβ, DP α y DP β y DQα y DQβ. Las secuencias de las cajas aparecen en el promotor de los genes de clase II en todas las especies estudiadas hasta hoy (ratón, rata, perro, vaca, etc.) y se encuentran separadas por unos 20 pares de

REPRESENTACIÓN de la región promotora (reguladora) de los genes de clase II del complejo principal de histocompatibilidad (MHC). En la parte reguladora de estos genes existen tres secuencias conservadas que se denominan cajas W, X e Y. Sobre estas cajas se unen unas proteínas, factores de transcripción, que, tras interaccionar con la polimerasa II, inician la transcripción. En los pacientes con el síndrome del linfocito pelado no se expresan las moléculas de clase II del MHC y sufren en consecuencia una inmunodeficiencia severa combinada. En un grupo de pacientes falta la proteína RFX5 y en otro grupo la IAX. El interferón gamma (IFN γ) induce en algunas células, como son los macrófa gos, la expresión de proteínas de clase II del MHC. Esta inducción viene mediada por la expresión de una proteína, CIITA, que no se une al ADN y que está ausente en un tercer grupo de pacientes. Esta proteína CIITA es la que induce la expresión a su vez de IAX, necesaria para la transcripción del gen.

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n otro grupo de pacientes falta la proteína CIITA, que no se une al ADN y que, por tanto, no es un factor de transcripción. Se desconoce el mecanismo de actuaci ón de CIITA, pero es inducible por IFN γ y está presente en los tejidos que expresan moléculas de clase II del complej o principal de histocompatibilidad. Por último, una proteína de 36 kilodalton que se une a la parte más extrema 5’ de la caja X está ausente en un tercer grupo de pacientes. Esta proteína podría corresponder al producto del gen IAX que hemos clonado recientemente y que como CTIIA es IFN γ inducible y tiene una expresión específica de tejido. La existencia de estos pacientes contribuye poderosamente al estudio del promotor y regulación de la expresión de las moléculas de clase II del complejo principal de histocompatibilidad que desempeñan un papel crucial en la respuesta inmunitaria.

IFNγ

CIITA

?

W


bases. Tal regularidad indica una misma orientación en relación a los giros del ADN; y, dada su proximidad, las proteínas o factores de transcripción podrían interaccionar entre sí. Mediante ensayos funcionales y deleciones o mutaciones se ha podido determinar que las tres cajas Y, X y W son necesarias para la expresión correcta de los genes de clase II del MHC. También se han identificado una serie de proteínas que se unen específicamente a todas estas cajas. Pero no se ha podido clonar todavía todas las proteínas que se unen a las cajas. A la caja Y se une el factor de transcripción NFY; esta proteína consta de dos componentes, NF-YA y NF-YB, que necesitan interaccionar entre sí para unirse eficazmente al ADN. El factor no es específico del promotor de las moléculas de clase II y regula muchos otros genes. Sobre la caja W se ha demostrado la presencia de un factor de transcripción que se une eficazmente, aunque aún no se ha clonado. Donde existen mayores dificultades es en la caja X. Hasta el momento se ha publicado el clonaje de dos proteínas, ninguna de las cuales es inducible por interferón gamma (IFN γ ), ni presenta especificidad de tejido. En la parte 3’ de la caja se une la proteína X2bp, que es muy similar, o idéntica, al producto del proto-oncogén c-jun. En la parte 5’ se une la proteína RFX5, que está ausente en uno de los grupos de pacientes con síndrome del linfocito pelado.

IAX

RFX5

X

X2BP

NFYA

NFYB

ARN

Y

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El sistema inmunitario Wolfgang J. Streit y Carol A. Kincaid-Colton del cerebro Lo forman las células de la microglía. Destinadas a funciones de protección, en ocasiones revelan una sorprendente agresividad. Pueden contribuir al desarrollo de enfermedades neurodegenerativas y a la demencia del sida ASTROCITO

MIELINA

OLIGODENDROCITO

C

uando los biólogos observan con de su tiempo a servir a las neuronas. el microscopio tejidos sanos Pero datos cada vez más convincenprocedentes del cerebro o de la tes nos dicen que a veces pierden tal médula espinal, no suelen ver leuco- naturaleza benéfica. Se sospecha con citos de la sangre, los centinelas me- fundamento que estas células pueden jor conocidos del sistema inmunita- contribuir al desarrollo o a la exacerrio. Y hay una buena razón para que bación de algunas afecciones: infarto así sea. Aunque los leucocitos nos de- cerebral, Alzheimer, esclerosis múlfienden frente a la infección y el cán- tiple y otras enfermedades neurodecer, también pueden segregar sustan- generativas. cias capaces de destruir células Las células de la microglía se enirreemplazables del sistema nervio- cuadran en un grupo más amplio coso, las neuronas. El organismo evita nocido como glía (palabra tomada del ese ataque restringiendo el paso de griego, donde significa sustancia vislas células inmunitarias desde los va- cosa), cuya existencia se reconoció a sos sanguíneos hacia el sistema ner- comienzos del siglo XIX . En un princi vioso central. Para introducirse en el pio los biólogos consideraron erróneatejido nervioso, los leucocitos han de mente que la glía constituía una uniesperar el desgarro o la alteración pa- dad, que venía a ser una suerte de tológica de los vasos. argamasa irrelevante situada entre Por todos esos datos creyóse en el las neuronas del cerebro o de la mépasado que el sistema nervioso care- dula espinal. Pero hacia 1920 los micía de protección inmunitaria. Pero croscopistas habían identificado ya los investigadores han demostrado re- tres tipos de células de la glía: los ascientemente que unas células fasci- trocitos, los oligodendrocitos y la minantes, agrupadas bajo el nombre co- croglía. Cincuenta años después se lectivo de microglía, forman allí una vio claro que los dos primeros tipos, extensa red defensiva. Las células de por lo menos, cumplían funciones de la microglía dedican la mayor parte sumo interés.

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Los astrocitos, de morfología estrellada y cuyo soma celular es el de mayor tamaño de todo el grupo, absorben neurotransmisores que puedan encontrarse en exceso alrededor de las neuronas, protegiéndolas así de recibir una estimulación desmedida. Por su lado los oligodendrocitos, cuyo cuerpo celular les sigue en tamaño, producen la vaina de mielina que aísla los axones (largas proyecciones que se extienden desde los somas celulares y transportan señales eléctricas). Hubo quienes sospecharon que el grupo constituido por las células más diminutas, las que forman la microglía, realizaba también una función especial, de índole inmunitaria. Pero hasta los años ochenta no se dispuso de las herramientas necesarias para ratificarlo. La idea surgió de la investigación minuciosa que a comienzos del siglo XX realizó Pío del Río Hortega, discípulo de Santiago Ramón y Cajal. Del Río había desarrollado en 1919 una tinción con carbonato de plata que permitía distinguir la microglía de las neuronas, de los astrocitos y de los

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NEURONA

MICROGLIA

AXON

oligodendrocitos en cortes de cerebro 1. LAS CELULAS DE LA MICROGLIA ( rojo) en su estado de reposo mantienen conde mamíferos. Desde entonces se de- tacto con las células de su entorno y vigilan su salud. Se hallan preparadas para dicó a profundizar en la naturaleza responder con rapidez a cualquier agresión. de tales células, lo que hizo durante más de un decenio. decir, se convertían en carroñeros, Un anticuerpo monoclonal reconoce Averiguó que la microglía aparecía eliminadores de detritus, capaces de con suma especificidad su proteína en forma de cuerpos amorfos en el ce- engullir y degradar microbios, célu- diana, es decir, su antígeno. El grupo rebro en desarrollo; luego se diferen- las moribundas y otros materiales de de Perry sabía que, si esos anticuerciaba en formas muy ramificadas, que desecho. Hacia 1932 avanzó la idea pos encontraban su diana en la micolonizaban todas las regiones del ce- de que la adopción de la forma redon- croglía, y no en otras células del sisrebro y establecían contactos con neu- deada de la microglía madura refle- tema nervioso central, podrían muy ronas y astrocitos, pero no entre sí. Si jaba una metamorfosis hacia el esta- bien convertirse en una “tinción” exel cerebro sufría una grave lesión, res- do fagocítico. En otras palabras, celente. La microglía destacaría enpondían además de manera espectacu- pensó que la operación de la micro- tre las demás células si lograban vinlar. Observó que, en la reacción ante glía remedaba la desempeñada por cular a algún marcador detectable los una herida incisiva, las células rami- los macrófagos. anticuerpos enlazados; el marcador ficadas retraían sus finas protuberanPese a la coherencia del razona- podría ser, por ejemplo, un compuescias para retornar a su conformación miento expuesto por Del Río, muy po- to fluorescente. inmadura, redondeada. cos le secundaron, en buena parte deEn 1985 Perry demostró que varios bido a su método de tinción, que anticuerpos monoclonales preparados el Río advirtió que en esta última resultó ser poco fiable. Sin un medio por otros grupos podían cartografiar etapa la microglía se asemejaba seguro para distinguir la microglía de la microglía cerebral. Se reunió un a los macrófagos, clase de leucocitos otras células, no era mucho lo que se conjunto nutrido de anticuerpos útique no se halla en el tejido cerebral. podía averiguar acerca de sus funcio- les para este propósito. Su introducSabía también que los macrófagos nes. Situación que duró hasta los años ción, junto con la llegada por entonemigraban a las zonas afectadas, pro- ochenta, cuando el grupo oxoniense ces de métodos para mantener liferaban y se hacían muy fagocíticos de V. Hugh Perry inició estudios sis- poblaciones puras de microglía en placuando percibían que algo atacaba al temáticos con anticuerpos monoclo- cas de cultivo, permitió examinar la tejido o éste sufría una infección; es nales que se unieran a la microglía. actividad de estas células.

D


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Las múltiples caras de la microglía

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a microglía (marrón dorado en las micrografías ) suele hallarse en estado de reposo, con numerosas ramificaciones desplegadas (arriba ), que se retraen cuando advierten que una neurona corre peligro. Emigran hacia el punto conflictivo y adoptan una nueva conformación (en el medio ); cuál sea ésta va a depender de la arquitectura de la región. Si las células disponen de espacio suficiente, se tornan arbustivas (izquierda ); si han de acomodarse entre proyecciones neuro-

nales delgadas y alargadas, tienden a adquirir un aspecto abastonado (centro ). En otras ocasiones prefieren condicionar su morfología a la de la superficie de las neuronas alteradas (derecha ). Si la lesión neuronal se corrige, la microglía torna a su estado de reposo (flechas grises ); pero si las neuronas mueren, la microglía progresa hacia un estado fagocítico (abajo ) y se afana en la eliminación de todo el material procedente de las células muertas.

Estado 1: Reposo La microglía ramificada vigila constantemente la salud de las células de su entorno. MICROGLIA RAMIFICADA

Estado 2: Recién activada La microglía cambia de forma cuando detecta una alteración en su microentorno; por ejemplo, la lesión de una neurona.

MICROGLIA ARBUSTIVA

MICROGLIA PERINEURONAL

MICROGLIA ABASTONADA

Estado 3: Fagocítico En este estado la microglía reacciona ante la muerte de otras células; sus células cambian nuevamente de forma y degradan el material procedente de células muertas. MICROGLIA FAGOCITICA

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Los anticuerpos no se limitaron a célula con actividad macrofágica que realzar la presencia de la microglía; respondiera a la lesión habría de rerespaldaron la hipótesis de la función sidir en el tejido cerebral. Por último de ésta en la defensa inmunitaria del examinó la región del cerebro que cerebro y de la médula espinal. A ma- contenía los restos de las células neryor abundamiento, varios anticuer- viosas afect adas. El análisis del tejipos que reconocen proteínas y no se do de los animales de experimentadan más que en células del sistema ción revelaba que la microglía inmunitario encontraron también su emigraba hacia las neuronas muerdiana en la microglía. Algunos de los tas, se multiplicaba y eliminaba las anticuerpos demostraron incluso que células inertes. Dicho de otro modo, las células se comportaban como malas células de la microglía eran los crófagos. macrófagos del cerebro. Los macrófagos y algunos de sus Experimentos con poblaciones pucongéneres son presentadores de an- ras de microglía han llevado al contígenos: trocean proteínas fabricadas vencimien to general de que la micropor los microbios invasores y exponen glía es el ejército inmunitario que sus fragmentos en hendiduras mo- había imaginado Del Río. Se ha conleculares denominadas antígenos del firmado que estas células poseen una complejo principal de histocompatibi- extraordinaria movilidad, propiedad lidad de clase II. Esta exposición pro- esencial para unas células cuya mi voca el ataque contundente por par- sión se supone que es la de moverse te de células inmunitarias adicionales. con facilidad hacia zonas dañadas Entre 1985 y 1989 se comprobó que del cerebro. También se ha comprolos anticuerpos monoclonales capaces bado que la microglía responde con de engarzarse con los antígenos del la producción de un repertorio amcomplejo principal de histocompatibi- plio de sustancias coincidentes con lidad de clase II solían enlazarse con las que fabrican los macrófagos en la microglía. Semejante conducta re- otros tejidos. velaba que, contra la opinión domiLa microglía desempeña una funnante, la microglía producía antíge- ción clave en el desarrollo del embrión. nos de histocompatibilidad de clase Las células de la microglía pueden seII. ¿Por qué no iba a ser también pre- gregar factores de crecimiento imporsentadora de antígenos? tantes para la formación del sistema Los resultados con los anticuerpos nervioso central. No sólo eso. El feto encajaban con los obtenidos por el en crecimiento genera muchas más equipo de Georg W. Kreutzberg, gru- neuronas y células de microglía que po alemán que llevaba años estudian- las que necesita. Con el transcurso do la función de la microglía. Investi- del tiempo las células sin aprovechar garon la capacidad macrofágica de la mueren y las células jóvenes de la mimicroglía cerebral de roedores en su croglía, que mantienen su aspecto iniencuentro con neuronas dañadas. So- cial redondeado y carente de ramifimetieron a criba la tesis, defendida caciones, se encargan de eliminar las por otros, de que la microglía no per- células muertas. tenecía al cerebro, puesto que eran en A medida que el sistema nervioso realidad monocitos que se habían in- central madura, la necesidad de elitroducido en el cerebro o en la médu- minar células en grandes cantidades la espinal tras desgarrarse los vasos desaparece y las células de la microsanguíneos. No era fácil refutar la úl- glía se diferencian hasta alcanzar su tima afirmación. Entonces, como aho- aspecto quiescente en el que exhiben ra, los anticuerpos y las tinciones que abundantes ramificaciones. Esta conreconocían la microglía eran los mis- formación las permite mantenerse en mos que reconocían los macrófagos estado de alerta. Menos conocidas sin derivados de los monocitos del torren- embargo son otras funciones de la mite circulatorio. croglía en su estado de reposo, aunque se la relacione con la liberación reutzberg aplicó un método sen- de factores de crecimiento, que en escillo para resolver ambas cues- ta etapa contribuirían a la madurationes. Como punto de partida se cen- ción de las neuronas y a la supervitró en las neuronas cuyos somas vencia de la glía. Estas susta ncias celulares no salían del cerebro, pero podrían incluir el factor de crecimiensí sus axones, que terminaban en los to de los fibroblastos y el factor de cremúsculos. Inyectó una toxina en un cimiento de los nervios, dos proteínas lugar cercano a las terminaciones de que la microglía segrega en un medio axones y dejó que se propagase por de cultivo si se la activa. las neuronas hasta matarlas, pero De mayor respaldo goza otra tesis, sin dañar los vasos sanguíneos. Es- la de que las células de la microglía ta maniobra aseguraba que cualquier en estado de reposo responden en

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cuestión de minutos ante los trastornos producidos en su microentorno y envuelven a las células lesionadas, ya sean neuronas u otras. Manifiestan su entrada en actividad mediante la retracción de sus ramificaciones y otros cambios morfológicos, mediante la producción de proteínas no presentes en el estado de reposo y por el incremento de la síntesis de proteínas que sólo se fabricaban normalmente en cantidades muy pequeñas. Así se potencia mucho la expresión de los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad. Se ignora si estas células aumentan la liberación de factores de crecimiento, pero podrían muy bien hacerlo para reparar las neuronas afectadas. La conformación de las células de la microglía recién activadas tiene que ver con la arquitectura de la región donde moran. Si la zona está llena de axones, las células se alargan y estrechan, para acomodarse entre los cordones. Si hay espacio para maniobras, como es el caso en muchas zonas del cerebro, las células adquieren un aspecto arbustivo. Las células activadas no se tornan automáticamente fagocíticas; pueden revertir al estado de reposo si la lesión que han detectado es leve o re versible. Cuando el daño es grave y perecen neuronas, las células de la microglía comienzan a funcionar como macrófagos fagocíticos en toda regla. Cuál sea el destino último de los fagocitos es algo que sigue sin conocerse, aunque las investigaciones con cultivos de microglía y de tejido cerebral enfermo dan a entender que las células atacan a las neuronas que debían proteger.

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a sospecha de que la microglía podría contribuir a alteraciones neurológicas surgió tras el descubrimiento, mencionado antes, de que liberaba productos que coincidían con los emitidos por los macrófagos fuera del sistema nervioso central. Algunas de estas sustancias son peligrosas para las células y, si se producen en cantidades excesivas, matan las neuronas. El grupo de uno de los autores (Kincaid-Colton) ha observado que cuando la microglía activada se expone en cultivo a determinados componentes bacterianos, las células, lo mismo que otros macrófagos, generan especies reacti vas de oxígeno. Entre estas moléculas se encuentran el anión superóxido, el radical hidroxilo y el peróxido de hidrógeno. Al mismo tiempo que destruyen microbios pueden lesionar membranas, proteínas y ADN de neuronas y otras células.

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Otros productos potencialmente le- rebro. Según parece, el sistema nertales fabricados por microglía y ma- vioso central mantiene bastante a racrófagos en estado de gran activación ya a la microglía, obligándola a que son las proteasas, enzimas que digie- sus secreciones más comprometedoren proteínas y podrían llegar a agu- ras no sobrepasen ciertos límites, in jerear las membranas celulares. De- cluso cuando responden ante una lebemos citar también dos citocinas, sión o una enfermedad; si así no moléculas mensajeras que pueden fuera, resultaría imposible sobreviaumentar la inflamación. Estas cito- vir, ya que la microglía está extendicinas —la interleucina-1 y el factor da por todo el cerebro. Pero las invesde necrosis tumoral, entre ellas— co- tigaciones realizadas sobre ciertas laboran en el reclutamiento de otros alteraciones neurológicas proponen componentes del sistema inmunita- que hay pacientes en los que ese ririo haciéndolos coincidir en el lugar guroso control se relaja, bien porque de la lesión. La inflamación puede ser exista un defecto en la misma microimportante para la eliminación de in- glía, bien porque algún otro proceso fecciones o de un cáncer incipiente, patológico arruine los frenos fisiolópero también puede producir efectos gicos de las células. indeseados en células cercanas no inLa hiperactividad de la microglía fectadas. Si se dan ciertas circunstan- guarda relación con la demencia que cias, las citocinas dañan las neuronas sufren los sidosos. El virus de la iny el factor de necrosis tumoral ejerce munodeficiencia humana adquirida efectos letales sobre los oligodendro- no ataca a las neuronas, pero infecta citos. a la microglía. Se ha demostrado que Que la microglía pueda sintetizar esa invasión provoca en la microglía todas estas sustancias cuando se man- una producción elevada de citocinas tiene en un cultivo no constituye una inflamatorias y de otras moléculas prueba de que también ataque al ce- que son tóxicas para las neuronas.

Origen controvertido de la microglía

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os trabajos de Pío del Río Hortega provocaron un debate en el que se han visto implicados cuantos se han interesado por la microglía desde 1932 y que duró más de medio siglo. En el mismo artículo en que atribuía a la microglía una función inmunitaria y de limpieza del sistema nervioso central, proponía que no se originaba en el mismo tejido embr ionario —el ectodermo— del que nacen las células nerviosas, sino que derivaba del mesodermo, capa de células embrionarias que da origen a la médula ósea, la sangre, los vasos sanguíneos y linfáticos. No pudo decidir, sin embargo, cuál era la estirpe mesodérmica precisa de las células de la microglía. ¿Descendían de los leucocitos monoci tos, leucocitos que desde la sangre fetal emigran al cerebro y a la médula espinal? ¿O descendían de unos parientes cercanos de los monocitos que emigraron al sistema nervioso central directamente, sin pasar por la circulación sanguínea? Durante algún tiempo se aceptó el origen monocitario. Afirmábase que los precursores de la microglía eran monocitos atraídos hacia el sistema nervioso en desarrollo por neuronas que morían durante el período de formación del cerebro y la médula espinal. Pero los nuevos descubrimientos contradijeron esa hipótesis. Jutta S hnitzer y Ken W. S. Ashwell demostraron que la retina del ojo, una parte del sistema nervioso central, está “sembrada” de células de microglía en épocas muy tempranas de su desarrollo, mucho antes de que empiece a producirse la muerte de las neuronas. La opinión de la mayoría se inclina ahora por la hipótesis del “parentesco cercano”. Hizo la fotografía de la izquierda Wilder G. Penfield Pío del Río-Horteg a en 1924.

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Una regulación alterada de la microglía podría intervenir también en la enfermedad de Alzheimer. En los cerebros de los enfermos de Alzheimer abundan las placas seniles, regiones anormales en las que depósitos de un fragmento de sustancia amiloide beta (una proteína) se mezclan con la microglía, con astrocitos y con las terminaciones de neuronas lesionadas. Se supone que estas placas contribuyen a la muerte de las neuronas subyacente a la merma de facultades mentales. Se desconoce de qué modo las dañen. Son muchos quienes atribuyen la causa a la sustancia amiloide beta. Nosotros pensamos que la sustancia amiloide beta provoca las alteraciones a través de la microglía. Se sabe ya que las placas seniles portan grandes niveles de interleucina-1 y de otras citocinas, sintetizadas por la microglía. Dicha concentración manifiesta que algo —tal vez la sustancia amiloide beta— fuerza a la microglía de las placas a entrar en un estado muy activado. Las células que se encuentren en ese estado liberarían además especies reactivas de oxígeno y enzimas proteolíticas, con lo que podrían causar destrozos en las neuronas. La propia microglía podría contribuir a la formación de placas, según otros resultados. Al parecer, la microglía responde a las lesiones del sistema nervioso central sintetizando un precursor de la sustancia amiloide, una molécula que, cuando se escinde, da lugar a la sustancia amiloide beta. El estudio de células en cultivo ha demostrado además que la interleucina-1 insta a otras células, entre las que posiblemente se cuenten las neuronas, a producir moléculas precursoras de la sustancia amiloide. Por último, las especies reactivas de oxígeno sintetizadas por la microglía activada promueven la agregación de los fragmentos de la sustancia amiloide. Resulta fácil imaginar que, instalada la microglía en un estado hiperactivo, se cree un círculo vicioso. Si las células sintetizaran la proteína precursora de la sustancia amiloide, sus proteasas podrían cortar la molécula generando la sustancia amiloide beta. Al mismo tiempo, la interleucina-1 podría instar a otras células a fabricar también sustancia amiloide. Las especies reactivas de oxígeno podrían promover entonces la asociación de la sustancia amiloide liberada por la microglía o por las células vecinas. La formación de estos cúmulos podría, a su vez, dar lugar a la activación de nuevas células de la microglía, una

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Productos de la microglía: espadas de doble filo Producto


Efectos nocivos

Proteína precursora de la sustancia amiloide

Desconocido

Cuando se hidroliza puede dar lugar a la sustancia amiloide beta

Citocinas (moléculas mensajeras del sistema inmunitario)

Reclutamiento de otras células para los lugares de la infección; algunas contribuyen a la supervivencia y reparación de los astrocitos; otras combaten los tumores

Dañan células sanas e instan a otras células inmunitarias a segregar sustancias nocivas para las células

Factores de crecimiento

Favorecen la supervivencia y la reparación de neuronas

Desconocidos

Enzimas proteolíticas

Contribuyen a la degradación de bacterias y otras células lesionadas

Degradan membranas de células sanas; podrían contribuir a la formación de la sustancia amiloide beta

Especies reactivas del oxígeno

Provocan alteraciones en membranas, proteínas y ADN de bacterias

Dañan células sanas; promueven la agregación de la sustancia amiloide beta

2. PLACAS SENILES ( regiones redondeadas en la microgra fía). Se las considera responsables de las lesiones neuronales que subyacen en las alteraciones de la memoria que padecen los enfermos de Alzheimer y los individuos con síndrome de Down. La región central de las placas está constituida por fragmentos de proteína, la llamada sustancia amiloide beta (rojo), nociva para las neuronas, y la microglía ( púrpura in-

mayor producción de sustancia amiloide, la formación de más placas y así sucesivamente. El cerebro de las personas con síndrome de Down presenta numerosas placas seniles mucho antes que el de los pacientes de Alzheimer. Los cambios que se operan en ambas condiciones son muy similares. El grupo de Kincaid-Colton ha comenzado a explorar la posibilidad de que la microglía dañe el tejido cerebral de esos enfermos, tomando por animales de experimentación ratones portadores de un defecto genético análogo al responsable del síndrome de Down. La microglía de sus fetos es muy abundante y extraordinariamente reacti va; en los ratones desarrollados libera además especies reactivas de oxígeno, interleucina-1 y otras citocinas en cantidades elevadas. En otro orden de cosas, las víctimas de un infarto cerebral podrían perder neuronas por culpa de un celo excesi vo de su microglía, según se desprende de experimentos realizados en ratas por el grupo del otro autor (Streit). Cuando se obstruye un vaso sanguíneo importante que riega el prosencéfalo, el tejido cerebral dependiente de ese vaso muere. En el curso de los días siguientes mueren también ciertas neuronas de una parte de la zona

Efectos beneficiosos

tenso). Las placas incluyen también otras células de la glía llamadas astrocitos (“ estrellas ” de color marrón dorado), así como axones y dendritas lesionados (no visibles). Según la investigación reciente, la microglía promueve la formación de las placas. Es posible también que la microglía activada destruya directamente neuronas por la secreción de sustancias citotóxicas (tabla).

que la rodea, la región CA1 del hipocampo. La microglía se activa escasos minutos después de haberse iniciado el infarto cerebral, mucho antes de que mueran las neuronas del hipocampo. (Esta activación se aprecia en los cambios morfológicos y en la intensidad de la tinción.) Quizá la microglía, al sentir el peligro, intente proteger a las neuronas, iniciando o aumentando la secreción de factores de crecimiento capaces de restañar las lesiones. Pero pudiera suceder también que la química alterada de la zona acabe aflojando los frenos sobre el comportamiento de la microglía, impulsando a las células hacia un estado peligroso. Contamos ya con indicios de la participación de la microglía en el desarrollo de la esclerosis múltiple, de la enfermedad de Parkinson y de la esclerosis lateral amiotrófica (enfermedad de Lou Gehrig). La microglía cambia también con la edad, como muestra el despliegue creciente del antígeno principal de histocompatibilidad. Este despliegue podría indicarnos que las inhibiciones normales interpuestas en el camino hacia un estado hiperactivo y peligroso se relajan con el tiempo. La relajación de estos controles promovería la destrucción neuronal, con la merma consi-

guiente de memoria y el progreso de la senilidad. Pero si la microglía ocupa un lugar central en la patogenia de enfermedades neurológicas, su inhibición específica y el bloqueo de los productos que sintetiza podrían abrir una puerta a la esperanza. Así confiados, ha comenzado el ensayo experimental de fármacos contra la enfermedad de Alzheimer. Para examinar la efectividad y la ausencia de efectos tóxicos se está probando, en pequeña escala, un agente antiinflamatorio capaz de atenuar la hiperactivación de la microglía. Por no hablar del aprovechamiento de la vertiente protectora de estas células para potenciar la síntesis de factores de crecimiento.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA FUNCTIONAL PLASTICITY

OF

MICROGLIA :

A REVIEW. W. J. Streit, M. B. Graeber y G. W. Kreutzberg en Glia, vol. 1, n.o 5,

págs. 301-307; mayo de 1988. Número especial de Glia. Dirigido por M. B. Graeber, G. W. Kreutzberg y W. J. Streit. vol. 7, n. o 1; enero de 1993. NEUROGLIA. Dirigido por H Kettenmann y B. R. Ransom. Oxford University Press, 1995. MICROGLIA .

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Implantes celulares

Michael J. Lysaght y Patrick Aebischer

Un nuevo enfoque terapéutico combina células vivas con membranas plásticas que las protegen del ataque inmunitario

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ierto paciente que sufría un doEl revuelo que ha producido es- contra los ataques inmunitarios, que lor intenso y persistente se te método —conocido también como se consigue a través de la encapsulaconvirtió en uno de los prime- tratamiento con células encapsula- ción de las células insertas dentro de ros voluntarios sometidos al ensa- das, terapia biohíbrida o inmunoais- membranas plásticas, haría superfluo yo de un método terapéutico radical- lamiento— parece actualmente justi- este tipo de medicinas, que predispomente nuevo en 1994. Mientras yacía ficado. Como en el caso del implante nen a las infecciones, al cáncer (linfoanestesiado, el cirujano introdujo un analgésico, un sistema de soporte he- mas) y a la disfunción renal. tubito de plástico en su columna ver- pático biohíbrido ha alcanzado la fase La protección inmunitaria consetebral. El tubo, sellado, medía cinco de ensayo controlado en seres huma- guida con las membranas plásticas centímetros de longitud y era fino co- nos, en el que toman parte numero- debería permitir también el trasplanmo alambre de clip; contenía células sos pacientes y diversos hospitales. te celular de animal a hombre. Las céde ternera secretoras de una mezcla Pruebas de carácter restringido rea- lulas animales sin encapasular no son de analgésicos. lizadas con seres humanos y estudios una opción viable porque los fármacos Si las cosas no se torcían, las se- con mamíferos de cierto porte han de inmunosupresores no evitan por comcreciones celulares rezumarían a tra- dilucidar la eficacia de terapias de in- pleto el rechazo de los xenotrasplan vés de los po ros del tubo, para difun- munoaislamiento en casos de hemo- tes (implantes procedentes de otras dirse luego por la médula espinal, al filia, anemia, retraso del crecimiento especies). El recurso a células animatiempo que los nutrientes y el oxíge- y trastornos neurodegenerativos (en- les paliaría la escasez de donaciones no pasarían del líquido cefalorraquí- fermedades de Parkinson y de Hun- de tejidos. Un último aspecto es que deo a la cápsula para alimentar a las tington). Se han iniciado ensayos con las células implantadas dentro de un células. El tubito impediría también roedores del tratamiento de la dege- envase plástico pueden retirarse si la entrada de macromoléculas. Se evi- neración macular, una causa frecuen- fuera preciso, tarea harto difícil con taría así que las células y los anti- te de ceguera, y de otros tipos de enlas células libres. cuerpos del sistema inmunitario (de fermedades oculares. un tamaño notable ambos) estableciel empeño puesto ahora para enLas aplicaciones en boga implican ran contacto con las células bovinas la implantación de células encapsulacapsular células para usos médiy las destruyeran al reconocer su ca- das en el sitio escogido del organismo. cos no se entiende sin el trabajo pionerácter foráneo. Algunas —el tratamiento del hígado, ro de William L. Chick a mediados de De este modo se buscaba aliviar por ejemplo— precisan el concurso de los años setenta del siglo XX . Chick hael sufrimiento, lo que se conseguía dispositivos externos que recuerdan bía dirigido sus esfuerzos a la curación al cortar el flujo de señales de dolor los aparatos de diálisis. de la diabetes de tipo I (dependiente de que transitaban de la médula a los Porque supera limitaciones impor- insulina), peculiar de las personas jócentros cerebrales de detección. Pero tantes de los implantes de células li- venes. Se presenta la disfunción cuanesta prueba de 1994 fue de puro tan- bres, la terapia de inmunoaislamiento do el páncreas deja de sintetizar insuteo. Se proyectó para comprobar si las despierta un especial interés. Lo mis- lina, una hormona que se segrega en células implantadas sobrevivían y li- mo que las libres, las células e ncapsu- la cantidad adecuada para controlar beraban sus analgésicos durante me- ladas en membranas se hacen cargo de la concentración de glucosa en la sanses. Lo lograron. Un éxito similar se funciones cruciales que correspondían gre. Las inyecciones diarias de insulirepitió en otros pacientes y justificó a las lesionadas o perdidas, pueden su- na salvan vidas, pero no repiten el pala realización de una prueba más am- ministrar analgésicos y otros elemen- trón natural de secreción pancreática biciosa para evaluar por vía directa el tos “extra” e incluso facilitar la tera- de la hormona. La consecuencia es que control del dolor. pia génica, segregando las proteínas ciertos tejidos pueden quedar expuesPero aquellos resultados comporta- codificadas por los genes que los estos a cantidades excesivas de glucosa. ron consecuencias de mayor alcance. pecialistas hayan introducido en las Con el paso de los años esa demasía Alimentaron el creciente optimismo, células. La contrapartida es que las genera complicaciones asociadas a la basado en exhaustivos experimen- células libres están expuestas a la ce- diabetes, como son la ceguera y las distos con animales, respecto del uso lada del sistema inmunitario, salvo funciones renales. Chick pensó que la implantación de de combinaciones de células vivas y que procedan de los mismos sujetos de membranas sintéticas protectoras o de sus gemelos. De ahí que los pa- cápsulas llenas de islotes pancreátipara corregir un amplio abanico de cientes suelan necesitar fármacos in- cos —las agregaciones de células que patologías. munosupresores. El bloqueo mecánico segregan la insulina— podría restau-

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rar el patrón adecuado de liberación de esta sustancia sin tener que administrar medicamentos inmunosupresores. El empleo de islotes procedentes de cerdos (por aquel entonces la fuente principal de insulina inyectada) garantizaría un suministro abundante de células. Diversos estudios realizados por aquella época con roedores indicaban que andaba en lo cierto. Por desgracia ciertos obstáculos técnicos han impedido que la terapia de inmunoaislamiento cuajara en la diabetes. Chick murió en 1998 sin ver cumplidos sus deseos. Pero su feliz anticipación ha estimulado el progreso en otros frentes, como el proyecto de dispositivos. Los sistemas de encapsulación, aunque polimórficos en su presentación, incluyen todos los mismos ingredientes básicos: las células (capaces de segregar productos útiles), una matriz donde se prenden las células, contribuyendo a su supervivencia y funcionamiento, y una membrana semipermeable. Los bioingenieros han aprendido que las células de un implante funcionan mal o mueren si distan más de 500 micrometros de los vasos sanguíneos y de otras fuentes de alimentación. Los diseños vasculares (o de paso de flujo) fueron los primeros en entrar en fase de pruebas, en concreto para tratar la diabetes en roedores. Estos dispositivos desvían la sangre del sistema circulatorio del paciente hacia un tubo de plástico y luego la devuelven al organismo. Las células secretoras se colocan en una cámara cerrada que rodea a un segmento ligeramente poroso del tubo. Cuando la sangre fluye por esta parte del circuito puede absorber las sustancias segregadas por las células terapéuticas y proporcionarles oxígeno y nutrientes. Si los islotes pancreáticos se colocan en el interior de la cámara, la concentración de insulina que liberan se acomodará al nivel de glucosa de la sangre. En otras aplicaciones podría optarse por células emisoras de un determinado producto a una velocidad constante. Aunque se pueden preparar prototipos implantables de estos aparatos vasculares, es muy probable que encuentren su aplicación principal como dispositivos externos. Una implantación requiere cirugía vascular y la administración prolongada de anticoagulantes para impedir la formación de trombos sanguíneos en el interior del tubo. Si un tubo implantado se rompiera, se produciría una hemorragia interna.


IMPLANTE

MEMBRANA PLASTICA MATRIZ SUSTENTADORA CELULA DE TERNERA

CIERRE

POROS ANALGESICOS SEGREGADOS

NUTRIENTES Y OXIGENO MOLECULA INMUNITARIA

CELULA INMUNITARIA

LIQUIDO CEFALORRAQUIDEO MEDULA ESPINAL

IMPLANTE CABLE

1. ESTE IMPLANTE EXPERIMENTAL para remediar el dolor crónico se coloca en el líquido cefalorraquídeo de la columna vertebral. Consiste en un tubo estrecho de plástico de varios centímetros de longitud ( véase detalle), lleno de células de ternera que segregan analgésicos naturales. En teoría los analgésicos se difundirán por los poros del plástico y llegarán a las células nerviosas de la médula espinal; ev itarán así la transmisión de las señales de dolor al cerebro. Por los poros entrarán nutrientes y oxígeno en sentido inverso, pero no se franqueará el paso a los componentes inmunitarios que destruyen las células foráneas. El cable sirve para retirar el implante.

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finales de los años setenta, como Los fabricantes de modelos vascu- nas se reproducen en cultivos celulaconsecuencia de la búsqueda de lares, microcápsulas y macrocápsulas res o adolecen de otras carencias, se métodos menos agresivos, se intro- intentan conseguir que las membra- han alterado a menudo las versiones dujo la técnica de “microencapsula- nas tengan poros de un tamaño que originales. Una vez establecidas, las ción”. Las microcápsulas se fabrican permita la difusión de moléculas de líneas celulares pueden proporcionar colocando un islote pancreático o unos hasta 50.000 dalton, unidad de masa un suministro inagotable de células cuantos miles de células en una go- atómica. Los poros de este tamaño son uniformes para trasplantes. ta de solución acuosa donde hay polí- lo bastante pequeños para bloquear la meros ligeramente dotados de carga. entrada de las células y moléculas ina utilidad potencial de las líneas Luego se sumerge la gota en una so- munitarias, pero lo bastante grandes celulares para la terapia de enlución de polímeros con carga opues- para permitir la entrada de nutrien- capsulación quedó bien clara en las ta. Los polímeros entran en reacción y tes y de oxígeno, así como la salida de pruebas animales que comenzamos a crean una película de unos 500 micro- las proteínas segregadas por las cé- realizar en 1991. Se sabía que la cometros de diámetro a su alrededor. lulas del implante. Pero los poros de nocida línea PC-12, derivada de un Las microcápsulas, cuya prepara- las membranas reales acaban por te- tumor suprarrenal de roedor (o feoción no entraña mayor dificultad, re- ner una gama de tamaños amplia, por cromocitoma), segregaba grandes sultan muy útiles para realizar ex- lo que algunas moléculas grandes del cantidades de dopamina, una molécuperimentos rápidos, pero presentan sistema inmunitario llegan al implan- la señal cuya síntesis se suspende en graves limitaciones. La primera es su te atravesando las membranas. Por los cerebros afectados por la enfermefragilidad. Una vez instalada, no se- fortuna este fenómeno no debilita ex- dad de Parkinson. Para comprobar si rá fácil dar con ella para retirarla, un cesivamente a la mayoría de ellos. valía la pena estudiar el uso de injerproblema delicado si arrastra efectos La mayoría de los instrumentos tos de estas células en el tratamiento indeseables. Otro problema es que el biohíbridos se apoyaba en células del Parkinson, introdujimos tubitos volumen necesario para corregir un primarias, o sea, en las obtenidas di- de las células en cerebros de animatrastorno sea demasiado grande pa- rectamente del tejido donador hasta les cuyas células productoras de dora ubicarlo convenientemente en el finales de los años ochenta. Las célu- pamina habíamos dañado por medios sitio idóneo. las primarias son útiles para reali- químicos para provocar los síntomas El formato más práctico parece ser zar estudios reducidos con animales característicos del Parkinson. El proel de las macrocápsulas preformadas, pequeños, pero obtener las cantida- cedimiento eliminó los síntomas de unas unidades inicialmente vacías des necesarias para un animal gran- muchos individuos, entre ellos los prique se cargan con la matriz y todas de (incluido el hombre) o para un nú- mates no humanos. las células necesarias para el trata- mero elevado de receptores puede ser Fue significativo observar que las miento. Algunas macrocápsulas son problemático. Al tener cada donador células no proliferaban de manera indiscos del tamaño de una moneda de su propio historial, garantizar la se- controlada ni perforaban la cápsula. cinco pesetas, otras tienen una forma guridad de las células primarias pue- Tan sólo reemplazaban las células y tamaño similares a un ojal de cami- de llegar a ser además una empresa muertas y no dejaban que su poblasa. Las macrocápsulas para uso en se- colosal. Esta es la razón de que algu- ción excediese la capacidad del imres humanos acostumbran adoptar la nos grupos investigadores dirigieran plante. Los estudios también mitiforma de un tubo sellado, o capilar, de su atención hacia las líneas celulares garon los temores de que las células varios centímetros de longitud y cuyo a comienzos de los noventa. inmortales engendraran tumores en diámetro está comprendido entre los Estas líneas consisten en conjun- caso de fuga. La inmortalización es un 500 y los 1000 micrometros. tos de células inmortales, que se di- paso hacia la conversión de una céluLas macrocápsulas son bastan- viden indefi nida men te, capaces de la normal en cancerosa. Para ser realte más resistentes y duraderas que multiplicarse en cultivos celulares mente malignas, las células tienen las microcápsulas. Contienen re- sin perder su capacidad para reali- que adquirir la capacidad de invadir fuerzos internos, se puede compro- zar funciones especializadas, como la el tejido vecino, desarrollar su propio bar que estén bien cerradas antes de secreción de sustancias útiles. Debido suministro sanguíneo y propagarse la implantación y se pueden conce- a que muchas células primarias ape- hasta lugares distantes. La formación bir para que permitan nuevos de tumores es una preocupación rellenos en el interior del orgapotencial en los trasplantes de nismo. Otra ventaja es que puecélulas inmortales de la misma den retirarse con facilidad. Su especie, pero los trasplantes de principal limitación es el númeespecies distintas resultan ser ro de células que pueden acomenos preocupantes: la intromodar: hasta unos cinco miducción de células PC-12 de rallones en un tubo y entre 50 y ta sin encapsular en cerebros de 100 millones en un disco u hoja primates no generó tumores. La plana, cifras que son adecuadas verdad es que ni siquiera sobrepara muchas aplicaciones, pero vivieron, pues el sistema inmuno para todas. Si se hacen más nitario del receptor se encargó largas es más probable que se de destruirlas rápidamente. doblen, lo que facilita su rotuEl trabajo con la línea PC-12 ra. Los bordes de las regiones no prosiguió en los pacientes de dobladas estimulan además la Parkinson porque aparecieron fibrosis, una retracción local de otros tratamientos prometedolos tejidos que puede obstaculires. Pero esos estudios demoszar los intercambios de las cé- 2. SECCIÓN de un implante tubular. Se aprecia la traron a pesar de todo la viabiestructura esponjosa de la membrana. lulas encapsuladas. lidad del despliegue de linajes

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Un enfoque prometedor para la asistencia hepática

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o todos los sistemas de encapsulación son implantes. Los sistemas de asistencia hepática que hoy en día se encuentran en estudio operan fuera del híg ado. Se busca mantener con vida a los que sufren un trastorno hepático hasta que se obtenga un órgano compatible. El aparato de la fotografía derecha y de la ilustración inferior fue desarrollado por los grupos encabezados por Claudy J. P. Mullon y Achilles A. Demetriou. La máquina extrae sangre del enfermo y bombea el plasma, o componente fluido, hacia una columna de carbón vegetal (que elimina algunas toxinas) y a una unidad de oxigenación, tras lo cual entra en una cámara que contiene hepatocitos sanos de cerdo. En la cámara ( véase detalle ) el plasma recorre ligeramente tubos porosos, que están rodeados por los hepatocitos. Las toxinas procedentes del plasma se difunden hacia las células, que convierten la ponzoña en sustancias inocuas. Cuando el plasma abandona la cámara, se vuelve a reunir con las células de la sangre y se reintroduce en el paciente.

DEPOSITO DE PLASMA

TOXINAS

MAQUINA SEPARADORA DE PLASMA (no se muestra)

PLASMA

COLUMNA DE CARBON VEGETAL

CELULAS (HEPATOCITOS DE CERDO)

PRODUCTOS DE DEGRADACION

BOMBA OXIGENADOR

celulares en terapias de inmunoais- para la producción de proteínas teralamiento. péuticas en líneas celulares capaces El éxito con los linajes celulares de fabricarlas y estas células se incorabrió también la puerta a la utiliza- porarían mediante implantes encapción de células genéticamente mani- sulados en plástico. puladas, debido a que las células en La terapia génica suele consistir en proceso de división se hallan más prola extracción de células del propio paclives a incorporar genes introducidos ciente para insertar en ellas los genes y a sintetizar las proteínas cifradas deseados; tras su multiplicación, las por ellos. En otras palabras, la técni- células alteradas tornan al organisca de inmunoaislamiento se convirtió mo, con la esperanza de que las nuede la noche a la mañana en una nuevas proteínas se sinteticen en las can va vía de la terapia génica. Los bió- tidades necesarias. La producción de logos moleculares insertarían genes cápsulas llenas de células alteradas


CAMARA LLENA DE CELULAS

genéticamente tiene la ventaja de que su concentración puede regularse antes de introducir los implantes en el paciente y también la de que no hay luego dificultad para retirarlos, si hubiera necesidad de hacerlo. No se ha resuelto todavía el tema de si las líneas celulares candidatas a encapsulación deben provenir de animales o de seres humanos. Las células primarias, las que proceden directamente de los donantes, habrán de ser, casi con toda certeza, de animales, ante la escasez de donaciones de

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MICROCAPSULAS

Capacidad: de 1000 a 5000 células

TAMAÑO REAL: 500 micrometros ( µm)

MACROCAPSULAS

Capacidad: de 1 millón a 100 millones de células

TAMAÑO REAL: 5 cm × 1 cm × 500 µm

TAMAÑO REAL: 5 a 7 cm × 800 µm

tejidos humanos. Algunos investigadores prefieren líneas derivadas de animales porque las células que se escapen de un implante, al ser extrañas al receptor, se encontrarán con una destrucción inmediata por parte del sistema inmunitario. Para aportar proteínas terapéuticas humanas a un receptor, los citoingenieros podrían dotar a las células animales con los genes humanos que las cifran. Otros especialistas se inclinan por las líneas de células humanas; no en vano suelen comportarse mejor en el interior de las cápsulas. Y se evita el riesgo de que gérmenes patógenos propios de los animales se transmitan al hombre. Las células humanas podrían manipularse para mayor seguridad de suerte tal que saltaran las señales de alerta inmunitaria en cuanto se produjera una fuga. Las células encapsuladas, alteradas genéticamente o no, sirven a menudo para acarrear proteínas terapéuticas. Pero las proteínas también pueden introducirse por inyección. ¿Para qué, pues, implantar?

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INSTRUMENTOS TUBULARES

Capacidad: más de 1000 millones de células TAMAÑO REAL: Cápsula: unos 7 cm de diámetro Tubo: unos 6 cm de diámetro

3. LOS SISTEMAS de encapsulación existen en diversos tamaños y formas. Las microcápsulas son diminutas burbujas de plástico rellenas de células y de líquido. Las macrocápsulas, cuya longitud se mide en centímetros, se moldean antes de cargarlas de células y de una matriz sustentadora. El “brazo” del implante superior es la puerta de entrada que se quita antes de colocarlo. La “cola” azul del artilugio inferior forma parte del cable. Los dispositivos mayores, llamados de paso de flujo, dejan pasar sangre a través de un tubo de plástico, un segmento del cual está rodeado por una cámara llena de células ( anillo). El modelo de la figura es implantable. Las sil uetas de la derecha muestran los tamaños reales.

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a terapia mediante células encapsuladas adquiere relieve cuando las inyecciones no suministran la proteína suficiente, así en tumores o allende la barrera hematoencefálica, un filtro natural que evita que muchas sustancias transportadas en la sangre lleguen al cerebro o a la médula espinal. Las células encapsuladas pueden prestar también óptimo servicio cuando la excesiva inestabilidad de la proteína terapéutica impida recetarla como fármaco o cuando se trate de reproducir el patrón natural de administración (en la diabetes, por ejemplo). Es probable que las líneas celulares sometidas a manipulación genética predominen en los dispositivos biohíbridos del futuro. Ello no obsta para que las aplicaciones donde intervienen células primarias, ob jet o de un estu dio más dila tado , se encuentren en la fase última de los ensayos clínicos. Nosotros lo hemos comprobado en el tratamiento del dolor crónico mencionado al comienzo del artículo. Extraemos las células a implantar de glándulas suprarrenales de terneras, cuya cría se realiza en unas condiciones muy controladas. Las células cromoafines, componentes adrenales, liberan de forma natural analgésicos. Tras purificar cuidadosamente unos tres millones de estas células, las colocamos en una fibra hueca que sellamos en ambos extremos, atamos a un fila-

TEMAS 25

mento (para su recuperación) e implantamos en la columna vertebral mediante un proceso mínimamente agresivo. Cuando los cirujanos nos confirmaron que estos implantes funcionaban durante meses, hallaron también indicios de atenuación del dolor. Varios pacientes reconocieron que habían notado una reducción sensible de su malestar y de la necesidad de morfina. Pero estos experimentos no incluyeron un grupo de control que recibiese un placebo (es decir, una cápsula vacía), lo que dejaría claro si la mejora debía atribuirse al tratamiento. Moses B. Goddarden dirige un amplio ensayo clínico con más de cien pacientes, concebido específicamente para cuantificar el alivio del dolor. Sea cual sea el resultado, los datos recogidos demuestran que las células de origen animal inmunoaisladas perviven durante varios meses en el sistema nervioso central de los pacientes, sin necesidad de administrar medicamentos inmunosupresores. Como elemento de comparación considérese que ningún órgano trasplantado de un animal al hombre ha sobrevi vido sin encapsulación, por cuantiosos que fuesen los inmunosupresores administrados.

4. ESTE FINO TUBO lleno de células de hámster se sacó de la columna vertebral de un paciente humano tras permanecer en ella 17 semanas. Al extraerlo, las células continuaban segregando una proteína terapéutica y el aparato de encapsulación no tenía ningún defecto en su superficie. Los resultados sustentan las esperanzas de que las implantaciones de células no humanas puedan funcionar durante largos períodos de tiempo.

células que se espera que funcionen tra aplicación bastante perfec- de manera continua durante meses cionada de la terapia de inmu- o años, un aparato hepático puede noaislamiento nos la ofrece el apa- abrigar entre 20 y 200 gramos de herato de asistencia hepática. Fúnda- patocitos purificados, para no funciose en células extraídas directamente nar más que entre seis y veinticuade animales. Los hepatocitos de un tro horas por tanda. hígado sano absorben toxinas y las El aparato sujeto a prueba funciohacen adoptar formas inocuas. Si el nó de acuerdo con lo esperado en un hígado deja de funcionar bien, las estudio inicial en el que tomaron partoxinas se acumulan y pueden al- te 40 afectados de una enfermedad canzar niveles letales. Los trasplan- hepática terminal. Esta verificación, tes de hígado salvan a los pacientes, que se dio a conocer en 1998, prepapero muchos mueren esperando la ró el camino para un ensayo posterior donación que no llega. Los sistemas a gran escala, cuyas expectativas de hepáticos biohíbridos en estudio se éxito son buenas. En circunstancias proponen mantener con vida al pa- especiales, pensemos en una crisis heciente mientras se espera el órgano pática aguda provocada por ingestión de un donante. abusiva de acetaminofén, el hígado Esta terapia de transición al tras- podría regenerarse, sin necesidad de plante se apoya en un aparato vascu- recurrir al trasplante. Pero el recuerlar externo, que bombea la sangre del do de experiencias pasadas nos aconpaciente a una cámara cerrada, don- seja no echar las campanas al vuelo. de un segmento semipermeable del El camino hacia los sistemas de apotubo que transporta la sangre se en- yo hepático está empedrado de intercuentra rodeado de una suspensión venciones que funcionaron muy bien de hepatocitos de cerdo. Los hepato- en las pruebas iniciales pero fracasacitos absorben las toxinas del flujo ron a la larga. sanguíneo y las degradan, de modo Lo mismo en las aplicaciones analque la sangre vuelve al cuerpo más gésicas que en las relacionadas con limpia para completar su circuito. En el hígado, hay que tomar en considecontraste con la implantación anal- ración la posibilidad de la presencia gésica, consistente en la introduc- escondida de genes de virus animación de unos cuantos miligramos de les en los cultivos celulares, que po-

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drían inducir infecciones peligrosas en los receptores de trasplantes. (Para asegurarse de que no se ha deslizado ningún germen patógeno se procede a rastreos exhaustivos.) Las membranas de plástico deben constituir una formidable barrera contra la transmisión de virus animales. Hasta la fecha ningún paciente ha adquirido ni siquiera una infección benigna a partir de las células donantes. Aunque están men os ava nzadas , han comenzado las pruebas de las aplicaciones de la terapia génica a los seres humanos. Dos investigaciones se circunscriben a enfermedades del sistema nervioso central. El primer ensayo con células encapsuladas alteradas genéticamente se centra en la esclerosis lateral amiotrófica (ELA), neurodegeneración caracterizada por el deterioro de los nervios espinales que controlan los músculos. Seis pacientes recibieron en 1996 implantes que contenían una línea celular —derivada de células renales de hámster recién nacidos— en la que se había incorporado el gen de la proteína CNTF (factor neurotrófico derivado de los cilios). Se eligió este gen porque otros estudios realizados con animales y con seres humanos indicaban que el factor neurotrófico podría demorar el deterioro y la muerte de las neuronas de los pacientes con ELA. El protocolo recordaba bastante el seguido con el dolor crónico: implantación en la columna vertebral de un tubito repleto de células. El estudio examinó si las células sobrevivían y si se liberaban cantidades potencialmente terapéuticas de CNTF durante los tres meses que abarcó. Las células dieron buen resultado. Pero el tratamiento no frenaba el progreso de la enfermedad; cierto es que la muestra era muy pequeña y la prueba demasiado corta para aportar información significativa. La conclusión resultante a pesar de todo es que, de encontrarse el gen o mezcla de genes adecuados para el tratamiento de la ELA, las células encapsuladas serían el medio idóneo para introducirlos en el sistema nervioso central. Se hallan en fase de evaluación implantes de esta misma línea celular en pacientes con enfermedad de Huntington. Se distingue ésta por matar ciertas células cerebrales de manera gradual. Las cápsulas se han colocado en los ventrículos cerebrales, unos espacios llenos de líquido. Se han iniciado también experimentos con animales para evaluar la eficacia del inmunoaislamiento en la terapia génica.

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Aplicaciones de la terapia génica en estudio Enfermedad

Producto génico

Estado de la investigación

Esclerosis lateral amiotrófica (ELA)

Factor neurotrófico derivado de los cilios (CNTF), proteína que evita la muerte de las neuronas

Los implantes en el líquido cefalorraquídeo de la columna vertebral ya han pasado la fase I de las pruebas en humanos (donde se examina su seguridad en un número restringido de sujetos)

Enfermedad de Huntington

CNTF

Implantación en el ventrículo del cerebro; está en la fase I de las pruebas en humanos

Enfermedad de Parkinson

Factor neurotrófico derivado de la glía (GDNF), proteína que protege a las neuronas secretoras de dopamina

Implantación en el ventrículo del cerebro; está en estudio en primates no humanos

Anemia

Eritropoyetina (EPO), proteína que estimula la producción de hematíes

Implantación subcutánea; se encuentra en estudio en primates no humanos y roedores

Hemofilia

Factor VIII o factor IX, proteínas de la coagulación de la sangre

Implantaciones subcutáneas; se encuentran en estudio en perros y roedores

Enanismo

Hormona del crecimiento humano, proteína que estimula el crecimiento corporal

Implantación subcutánea; se encuentra en estudio en cerdos y roedores

Diabetes de tipo II (no dependiente de insulina)

Péptido-1 semejante al glucagón (GLP-1), proteína que estimula la liberación de insulina

Implantación de insulina; se encuentra en estudio en roedores

Degeneración macular

CNTF

Implante en el ojo; está en estudio en roedores

5. LOS TRASTORNOS DE LA LISTA SUPERIOR son algunas de las enfermedades que podrían tratarse con implantaciones de células encapsuladas y sometidas a manipulación genética.

Si las investigaciones sobre inmunoaislamiento progresan de manera satisfactoria en muchos frentes, ¿por qué nadie ha conseguido rematar un método de encapsulación que remedie la diabetes tras un cuarto de siglo de intentos?

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na docena de laboratorios ha venido reproduciendo la hazaña de la reversión de la diabetes en roedores desde 1977, el año en que Chick y los suyos lo lograron, con un amplio repertorio de modelos de implantes y la utilización de distintos modelos múridos de diabetes. Pero esta terapéutica de inmunoaislamiento basada en los islotes pancreáticos no ha funcionado en el caso de los perros, de los monos ni de los seres humanos. Aunque ha habido algunas excepciones con resultados positivos, examinadas con atención se advierte que, en su mayoría, requirieron la ayuda de agentes inmunosupresores o la inyección de ciertas cantidades de insulina. La dificultad deriva en buena medida del gran número de islotes pancreáticos que requieren los animales de cierto tamaño y los seres humanos, situado en torno a los 700.000, que abrigan unos 2000 millones de células “beta”, productoras de insulina. Semejante cifra viene a multipli-

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Las células implantadas que incorporen el gen de una proteína terapéutica podrían liberarla, de forma ininterrumpida, en el propio lugar del organismo donde se la requiera.

car casi por mil el volumen celular que hoy se puede encapsular con éxito en los implantes clínicos. La diabetes ratonil puede curarse con tan sólo unos 500 islotes, que los técnicos suelen extraer a mano del páncreas donante. Pero recoger a mano 700.000 islotes queda fuera de nuestras posibilidades y las técnicas semiautomáticas no han avanzado lo suficiente para conseguirlo. Cada islote del páncreas originario posee además su propio suministro sanguíneo. Los islotes se resienten en el entorno espartano de las cápsulas implantadas. Por estas y otras razones estamos de acuerdo con quienes se muestran reticentes ante los implantes de páncreas semiartificiales basados en islotes encapsulados. Pero esta situación pudiera cambiar. Hay por lo menos tres grupos de investigación que están desarrollando, con distintos enfoques, unas líneas celulares que liberan insulina en respuesta a las complejas señales que disparan la secreción de la hormona en el páncreas sano. Se pretende crear células que produzcan más insulina que las células beta naturales (de manera que se necesiten menos células) y que sean capace s de sobrevivir en el ambiente del implante, pobre en nutrientes y desprovisto de oxígeno.

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entro de poco se espera obtener líneas celulares secretoras de insulina que respondan a la concentración de glucosa de animales grandes. Es de prever que esas líneas pasarán enseguida a los protocolos clínicos. Hay especialistas que piensan que esta predicción es demasiado pacata. Otros retrasan el horizonte de su cumplimiento. Pero todos están de acuerdo en que la obtención de un páncreas artificial o de una versión biohíbrida debe seguir siendo una de las prioridades de la medicina del siglo XXI .

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA X ENOTRASPLANTES .

Robert P. Lanza, David K. C. Cooper y William L. Chick en Investigaci ón y Cienci a , vol. 252, págs. 22-28; septiembre, 1997. PRINCIPLES OF TISSUE ENGINEERING. Robert P. Lanza, Robert Langer y William L. Chick. R. G. Landes Company, 1997. TREATMENT

OF

CENTRAL NERVOUS SYS-

TEM DISEASES WITH POLYMER-ENCAPSU-

. D. F. Emerich et al. en Cell Transplantation for Neurological Disorders. Dirigido por Thomas B. Freeman y Hakan Widner. Humana Press, 1998. LATED XENOGENIC CELLS

TEMAS 25

Inmunoterapia contra el cáncer

Lloyd J. Old

Se están abriendo nuevos caminos, asentados sobre las defensas de nuestro cuerpo, para combatir el cáncer

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n numerosas ocasiones durante los últimos cien años han arreciado, para desvanecerse luego, las esperanzas en la posibilidad de provocar al sistema inmunitario para que se enfrente al cánce r y lo destruya. Ahora las dudas han desaparecido y los especialistas se afanan por convertir los conocimientos básicos obtenidos en nuevas y potentes terapias biológicas. La idea de que el sistema inmunitario podría frenar el desarrollo del cáncer halló respaldo clínico ya en el siglo diecinueve, cuando los médicos observaron que los tumores de los pacientes que contraían infecciones bacterianas remitían a veces. William B. Coley, cirujano del hospital Memorial de Nueva York, se dedicó desde 1892 hasta 1936 a crear tratamientos basados en tal observación. Infectó con bacterias a los pacientes de cáncer; ideó luego una vacuna constituida por bacterias atenuadas para promover una respuesta antitumoral. Estos tratamientos, que hoy llamaríamos inmunoterapias, porque se proponen atajar la enfermedad estimulando las propias defensas del huésped, indu jeron la regresión completa del tumor en algunos casos, pero no tuvieron amplia aceptación debido a lo impredecible de los resultados. A comienzos del siglo XX hubo otros intentos de promover curas fundadas en el sistema inmunitario. Mas ninguno aportó un beneficio tangible. Ello no empecía que la vinculación de la inmunidad con el cáncer permaneciera muy arraigada en la mente de muchas personas. Durante los años sesenta y setenta disfrutó de universal aceptación la idea de la inmunovigilancia, un modelo ideado por Lewis Thomas y MacFarlane Burnett, según el cual el sistema inmunitario se hallaría en alerta permanente para destruir cuantas células neoplásicas surgieran en nuestro organismo. Los tumores, por tanto,

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serían el resultado de un fallo proPor ejemplo, el cáncer superficial ducido en este mecanismo de vigilan- de vejiga responde bastante bien a la cia. Pero en los años siguientes fue- vacuna contra la tuberculosis, el deron acumulándose las pruebas de nominado bacilo de Calmette-Guérin que el sistema inmunitario no ataca- o BCG. Estos microorganismos no ba más que los tumores causados por causan enfermedad porque provocan infecciones víricas, cuyo número es una fuerte respuesta inmunitaria. El proporcionalmente muy pequeño en- cáncer superficial de vejiga suele retre todos los tipos de cáncer. La te- currir tras la exéresis quirúrgica; en sis de la inmunovigilancia parecía, sus fases avanzadas invade la vejiga pues, infundada. y destruye su pared. Pero la instilación de BCG en la vejiga por medio de n los últimos años han surgido un catéter provoca como respuesta nuevos planteamientos que han una inflamación crónica, activación regenerado el interés por la inmuno- dilatada de las células del sistema interapia del cáncer. La propia ciencia munitario que luchan contra los inde la inmunología ha sufrido cambios vasores. Se ignoran los mecanismos revolucionarios. Se han descubierto de operación de tales células implicay se han aislado las células y los me- das en la inflamación, pero el resultabolitos que permiten al sistema in- tado final es que las células inmunimunitario defender el organismo tarias y las substancias que segregan contra las agresiones y eliminar los matan a las células cancerosas que tejidos infectados y dañados. Con el había en la pared de la vejiga. Lo que estudio de tales componentes se ha explica que los pacientes que reciben llegado a un mejor conocimiento del BCG en el postoperatorio se enfrenmodo de operar del sistema inmuni- ten a un riesgo mucho menor de retario en su estado de normalidad. currencia. Los inmunólogos del cáncer han pro Aunque ilustre el potencial de las fundizado a su vez en los mecanis- inmunoterapias no específicas, este mos y las moléculas mediante los tipo de vacunación opera localmente, cuales podría algún día domeñarse es decir, sólo provoca inflamación en el cáncer. la vejiga. Pero la letalidad de la maHoy calificaríamos de inespecífica yoría de los cánceres se debe a su dila terapia que Coley empleó: poten- seminación, a que forman tumores en ciaba la actividad inmunitaria de ma- lugares alejados del foco de origen. nera general en vez de estimular se- Para eliminar tales brotes la inmunolectivamente los elementos más terapia tiene que poder descubrir los capacitados para combatir los cánce- tumores incipientes en cualquier zores. Durante el último decenio se ha na del organismo. Los oncólogos de elaborado un amplio abanico de otras los años setenta y ochenta centraron inmunoterapias inespecíficas. La idea sus investigaciones en las moléculas subyacente es la de dar un palmeta- que produce el organismo en respueszo al televisor para que funcione. Se ta a las infecciones víricas y bacteriada una suerte de fuerte sacudida al nas; estas moléculas, nuestras citocisistema inmunitario para que incre- nas, facilitan la coordinación de las mente la potencia defensiva del orga- respuestas de defensa. Son citocinas nismo contra el cáncer. Pero seguía los interferones, las interleucinas y el ignorándose el componente o compo- factor de necrosis tumoral. En un conentes responsables últimos de esa mienzo se supuso con optimismo que tarea limpiadora, a pesar de lo cual la terapia mediante esas proteínas sela táctica cosechó algunos éxitos. ría muy eficaz. Pero los ensayos clí-

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TEMAS 25

nicos a gran escala de semejante enfoque no específico ha apagado el entusiasmo inicial. Hay pocos pacientes que se beneficien con sólo una terapia de citocinas.

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ás eficaces resultan tales proteínas cuando se administran en combinación con otro u otros tratamientos. Mientras tanto los investigadores han buscado sistemas más específicos para combatir las células tumorales. Para acotar las células neoplásicas, la inmunoterapia debe estar preparada para distinguirlas de las células normales. Un medio de que se vale el sistema inmunitario para reconocer diferencias entre estas células son los antígenos, moléculas que aparecen en la superficie celular. Tiempo atrás se lanzó la idea de si las células cancerosas no exhibirían acaso moléculas denunciadoras de su anormalidad. Si se encontraran tales antígenos específicos de cáncer, podrían presumiblemente elaborarse métodos para hacerlos más visibles al sistema inmunitario. En otras palabras, los antígenos podrían servir de dianas para el ataque inmunitario, igual que los antígenos víricos y bacterianos alertan al organismo de su invasión patógena. El descubrimiento de los anticuerpos a finales del siglo XIX aportó el medio para investigar tales antígenos específicos del cáncer y abrió


posteriormente el camino para un 1. MUESTRA DE CANCER de colon, teestudio amplio de posibles inmuno- ñida con dos anticuerpos monoclonales terapias anticancerosas fundadas en de distinta coloración. Cada anticuerpo los anticuerpos. Son éstos un compo- se une a proteínas especiales en la sunente principal del sistema inmuni- perficie de diferentes poblaciones celulares. En este caso el verde tiñe las célutario, circulan por la sangre y se las cancerosas; el naranja pone de unen a antígenos foráneos, marcan- manifiesto el tejido conjuntivo (estrodo así las substancias extrañas pa- ma). Dado que estos anticuerpos recora que las destruyan los macrófagos nocen células específicas, pueden emcarroñeros, otras células y ciertos plearse para descubrir y matar componentes hemoproteínicos que selectivamente células tumorales, así forman en conjunto el sistema del como los tejidos que mantienen y nutren el desarrollo de las mismas. complemento. Merced a esa capacidad que poseen los anticuerpos de reconocer mínimas diferencias entre moléculas, se esas propuestas vino acompañada de han erigido en herramientas suma- un análisis detallado. mente útiles en la búsqueda de antíLa búsqueda de los antígenos del genos oncogénicos. Durante los últi- cáncer se tornó más fácil en 1975. Cémos cien años se han inyectado sar Milstein y Georges J. F. Kohler células cancerosas humanas en ca- demostraron que las células que proballos, ovejas, conejos, ratones y ra- ducían anticuerpos sobrevivían indetas y se han analizado los anticuer- finidamente si se fusionaban con cépos que estos animales producían en lulas cancerosas. La técnica, que les respuesta. Si el sistema inmunitario valió el premio Nobel a ambos, dotó a del animal reaccionaba ante las cé- los científicos de un medio para prolulas tumorales extrañas liberando ducir cantidades ilimitadas de antianticuerpos que no reaccionaban con cuerpos idénticos, llamados anticuerlas células normales, tal observación pos monoclonales, porque cualquier había de denunciar la presencia de célula productora de anticuerpos proantígenos que podían luego identifi- duce una sola clase de anticuerpo. El carse y que podían servir de dianas método ha tenido una gran influencia en terapias basadas en anticuerpos. en la inmunología del cáncer por vaMuchos investigadores secundaron rias razones. En primer lugar, aporese planteamiento y alegaron haber tó un nuevo medio poderosísimo paidentificado antígenos específicos de ra buscar antígenos de cáncer. En cáncer; por desgracia, ninguna de segundo lugar, se podía por fin pro-

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TIROIDES

2. METASTASIS DE CANCER de colon en el abdomen y otras zonas del organismo. La diseminación aparece en obscuro porque ha absorbido y concentrado el anticuerpo monoclonal A33, marcado con un isótopo radiactivo. Las células normales del intestino también toman algo de A33, pero no lo retienen. (El tiroides absorbe mucha cantidad del isótopo radiactivo liberado.) Esta acumulación selectiva de anticuerpos monoclonales en los tumores alimenta la esperanza puesta en terapias que puedan tener menos efectos secundarios que la quimioterapia al uso.

ducir anticuerpos definidos en cuantía suficiente para someter a prueba las terapias fundadas en los anticuerpos. Ni que decir tiene que esta técnica levantó grandes esperanzas y provocó afirmaciones precipitadas y poco realistas, que hablaban de los anticuerpos como “varitas mágicas”. Se confiaba en que los anticuerpos monoclonales se asentarían en las células cancerosas (mediante el reconocimiento de antígenos específicos), para así facilitar el ataque del sistema inmunitario que acabaría con las células neoplásicas y dejaría intactas las células normales que no los tuvieran. Muchos creyeron posible incrementar la potencia mortífera de tales proyectiles cargándolos con productos quí-

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micos tóxicos. Los anticuerpos transportarían directamente esas toxinas hasta los tumores, donde el veneno mataría las células cancerosas. Las empresas y el mercado de valores se contagiaron de ese entusiasmo. Se in virtieron cua nti os as suma s. Pe ro cuando esas promesas no se substanciaron con hechos, la opinión cambió de signo; inversores y analistas declararon entonces que la técnica había fracasado. La realidad de la situación es, empero, más positiva. La idea no ha perdido vigencia y se van registrando progresos firmes, aunque lentos, en el desarrollo de terapias basadas en anticuerpos. Los anticuerpos monoclonales han sacado a la luz una gran cantidad de antígenos que existen en las células cancerosas humanas. Lamentablemente suele tratarse de antígenos que aparecen también en células normales, la cuales podrían, por tanto, sufrir la agresión de una terapia basada en anticuerpos. Pero hay varias razones para que este solapamiento no impida su uso como blancos terapéuticos, como serían las de que el antígeno de tejidos normales no fuese accesible a los anticuerpos sanguíneos; que las células cancerosas pudiesen expresar más antígeno que las normales y que la lesión inducida por el anticuerpo en las células normales pudiera ser reversible. Los anticuerpos pueden prepararse de modo que actúen sobre otros tipos celulares y sobre otras moléculas necesarias en el desarrollo del tumor, además de utilizarse para marcar las células cancerosas. En este contexto pueden neutralizar factores de crecimiento —proteínas demandadas por las células cancerosas a partir de la sangre— e inhibir así la expansión tumoral. Los anticuerpos pueden señalar también el estroma, tejido con juntivo entre células tumorales. Sin el estroma, que constituye un 60% o más de la masa cancerosa, el tamaño de un tumor nunca superaría las proporciones microscópicas, inocuas. En el Centro Memorial SloanKettering de Investigaciones Oncológicas, Wolfgang J. Rettig, Pilar Garin-Chesa y yo hemos identificado el antígeno FAP-alfa, que lo expresan con particular vigor células del estroma de un amplio número de tumores humanos. Este y otros antígenos que marcan el estroma o los vasos sanguíneos tumorales se han convertido en objetivos muy atractivos para la in vestigación de terapias fundadas en anticuerpos. La mayoría de los anticuerpos monoclonales actuales se obtienen de ra-

tones que han sido inmunizados con tejidos cancerosos humanos. Las personas inactivan tales anticuerpos derivados de ratón mediante reacciones inmunitarias en las pruebas clínicas. Por consiguiente se ha comenzado a construir anticuerpos terapéuticos humanos que habrán de hurtarse a la vigilancia inmunitaria, al tiempo que se están remodelando los anticuerpos de ratón para que se parezcan cada vez más a los humanos. Los investigadores sustituyen para ello todas las estructuras accesorias del anticuerpo de ratón con las correspondientes contrapartidas de anticuerpos humanos, enfoque al que se denomina humanización de los anticuerpos. Ha permitido construir ya algunos anticuerpos que en las primeras pruebas clínicas han logrado zafarse del sistema inmunitario del receptor. Los ingenieros de anticuerpos están también refinando otras propiedades de las moléculas humanizadas de manera que se engarcen mejor con los antígenos y puedan penetrar en los tumores.

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na vez identificado el antígeno diana y construido el anticuerpo correspondiente, los ingenieros de anticuerpos deben decidir qué clase de mensaje tóxico desean llevar a la célula tumoral. Sobre el particular hay dos estrategias. Una se apoya en la propia capacidad de los anticuerpos para destruir células cancerosas; la otra emplea los anticuerpos como vehículos que portan agentes tóxicos hasta el tumor, ya sean medicamentos, isótopos radiactivos o toxinas bacterianas y vegetales. Se han conseguido nuevas dianas antigénicas y nuevos montajes de anticuerpo, tantos que no podemos someterlos todos a ensayo clínico. Para decidir qué anticuerpo debe someterse a ensayo terapéutico podemos guiarnos por el criterio de la probabilidad de que el tumor lo absorba en cuantía muy superior a la que lo hagan los tejidos normales. Para comprobar si un anticuerpo cumple esa condición, se marca con un isótopo radiactivo del yodo ( 131I), se inyecta en volunta rios huma nos y se sigue su trayectoria por el organismo mediante técnicas de formación de imágenes. Para una comprobación más cabal de la acumulación del anticuerpo se obtiene una biopsia. Debido a que ninguna de las dianas antigénicas estudiadas hasta la fecha es exclusiva de los tumores, la información aportada por las técnicas de formación de imágenes resulta también decisiva para averiguar cuánto anticuerpo se une a

TEMAS 25

Hitos en la historia de la inmunoterapia de los tumores INMUNIZACION PASIVA (TERAPIAS BASADAS EN ANTICUERPOS)

INMUNOTERAPIAS NO ESPECIFICAS

INMUNOTERAPIA ACTIVA (TERAPIAS BASADAS EN VACUNAS)

INMUNOTERAPIA ADOPTIVA

HOY

ENSAYOS CLINICOS DE ANTICUERPOS MONOCLONALES HUMANIZADOS

DESCUBRIMIENTO Y COMPROBACION DE CITOCINAS: INTERFERONES, TNF, IL-2, IL-12, GM-CSF

ENSAYOS CLINICOS DE ANTICUERPOS MONOCLONALES DE RATONES

INVENCION DE LA TECNICA PARA LA PRODUCCION DE ANTICUERPOS MONOCLONALES DE RATONES

ENSAYOS CLINICOS DE PEPTIDOS TUMORALES EN CLINICA

ANTIGENOS TUMORALES HUMANOS RECONOCIDOS POR CELULAS T CLONADAS

ENSAYOS CLINICOS CON LINFOCITOS DE PACIENTES CON CANCER

DETECCION EN HUMANOS DE ANTICUERPOS Y CELULAS T ANTITUMORALES

RECONOCIMIENTO DE LA IMPORTANCIA DE LOS LINFOCITOS T EN LA INMUNOLOGIA TUMORAL

DEMOSTRACION INICIAL DE QUE LA INMUNIDAD ANTITUMORAL PUEDE TRANSFERIRSE POR LAS CELULAS T EN RATONES

ENSAYOS EN ANIMALES Y EN HUMANOS CON LA BCG IDENTIFICACION DE ANTIGENOS ESPECIFICOS EN TUMORES DE RATON ESTUDIOS EN ANIMALES DE LA ACTIVIDAD ANTITUMORAL DE PRODUCTOS BACTERIANOS

ADMINISTRACION DE TOXINAS POR COLEY

EXPLORACION DE LOS ANTICUERPOS EN EL DIAGNOSTICO Y TERAPIA DEL CANCER

INICIO DE LA BUSQUEDA DE ANTICUERPOS ESPECIFICOS DEL CANCER

1880

los tejidos normales. Los anticuerpos que en tales estudios muestren un comportamiento favorable serán los candidatos idóneos para someterlos a ensayos clínicos. Desarrollar un solo tratamiento basado en anticuerpos requiere un esfuerzo enorme y muchísimo tiempo, lo que explica por qué la traducción de buenas ideas en terapias útiles se está realizando de manera mucho más lenta de lo deseable. Consideremos uno de los trabajos en marcha , el que están llevando a cabo Sydney Welt y nuestro grupo del Memorial Sloan-Kettering sobre el A33, un anticuerpo monoclonal de ratón. Este anticuerpo detecta un antígeno que


expresan las células normales del intestino y casi todos los cánceres de colon. Los estudios clínicos en que se empleó este anticuerpo A33 unido a un isótopo radiactivo mostraron que lo captaban en bastante cantidad los cánceres de colon. Nada menos que hasta un uno por ciento del anticuerpo inyectado terminaba acumulándose en el corazón del tumor. Tales resultados favorables nos facultaban para pasar con él a la etapa siguiente, la de ensayos clínicos con finalidad terapéutica. Cargamos el anticuerpo con dosis mucho mayores de radioisótopo, cuyo objetivo era irradiar y destruir las células cancerosas, y nos planteamos dos cuestio-

nes básicas: ¿llega al tumor una cantidad suficiente de anticuerpo? y ¿qué efecto ejercerá el anticuerpo portador del isótopo sobre las células normales del tracto gastrointestinal? Debido a que los individuos seleccionados desencadenaron una respuesta inmunitaria que neutralizaba el A33 producido con ratones, sólo podía administrarse una inyección de la molécula. (Se sobreentiende que las inyecciones ulteriores serían inútiles porque el sistema inmunitario reconocería y destruiría el anticuerpo antes de que pudiera alcanzar el tumor.) Pese a la cuantía limitada de la dosis, los tumores de algunos pacientes remitieron.

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Agentes antitumorales portados por anticuerpos

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os anticuerpos se unen a los antígenos en la superficie de las células cancerosas. Marcan así a dichas células para que otros componentes del sistema inmunitario procedan a su aniquilación o para que se autodestruyan ellas mismas. Los anticuerpos pueden también señalar y atacar a los vasos sanguíneos que nutren el tumor o al tejido conectivo (estroma) que le da sopor te. También pueden neutralizar o bloquear la acción de los factores de crecimiento, las moléculas que un tumor necesita para crecer. Los anticuerpos se usan además como misiles teledirigidos, pues pueden portar todo un repertorio de componentes agresivos hasta el lugar donde se encuentran los tumores. En la lista que sigue hallará el lector algunos.

LOS ISOTOPOS RADIACTIVOS, recordemos el yodo 131 o el itrio 99, matan a las células por las lesiones que infligen al ADN.

OTRAS TOXINAS viajan hasta el tumor a lomos de anticuerpos. Un ejemplo bien estudiado es la ricina de las semillas del ricino; inhibe la síntesis de proteínas y paraliza el crecimiento del tumor. En ensayos experimentales se ha comprobado que ciertos productos tóxicos extraídos de bacterias y de otros microorganismos detienen la progresión del cáncer. Y muchos otros medicamentos muy tumoricidas, demasiado tóxicos para emplearlos solos —pensemos en el CC-1065, la caliqueamicina y los maytansinoides—, pueden resultar eficaces si las acompaña un anticuerpo.

LOS FARMACOS que se emplean en quimioterapia a menudo alcanzan los tumores en dosis mayores y más letales cuando los porta un anticuerpo.

LAS ENZIMAS con capacidad para convertir “profármacos” inocuos en asesinos celulares alcanzarán los tumores cuando se unan a anticuerpos. Dado que las enzimas activan los fármacos latentes sólo en el seno del tumor, los tejidos sanos del cuerpo no sufren ningún daño.

LOS MEDICAMENTOS PRODUCIDOS POR TECNICAS GENETICAS existen en varias formas. Las moléculas de ADN antisentido bloquean la síntesis de las proteínas necesarias para las células cancerosas. Otros constructos génicos dan origen a proteínas que matan a las células tumorales; estos genes pueden engarzarse en anticuerpos directamente o ir empaquetados dentro de partículas víri cas manipuladas por ingeniería genética para portar anticuerpos en su superficie que los encaminen hasta los tumores.

LAS MOLECULAS DE LA INFLAMACION, que abarcan el factor de necrosis tumoral (TNF), otras moléculas mensa jeras del sis tema inmunit ario y cier tos product os microbi anos, pueden desencadenar reacciones inflamatorias que destruyen los tejidos donde está instalado el tumor.

LAS CELULAS INMUNITARIAS guiadas por anticuerpos, tales como células T preparadas genéticamente, pueden alcanzar el tumor y producir su lisis.

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Y lo que resultó más importante y sorprendente: observamos que el anticuerpo no causaba toxicidad en el intestino aunque se acumulase allí. Atribuimos esa exención de las células intestinales a la celeridad con que excretan el anticuerpo; las células tumorales, por contra, lo retienen. Se ha desarrollado una versión humanizada del anticuerpo A33, que se encuentra ahora en fase de ensayo clínico. Para dar una idea del tiempo que requieren estos estudios, recuérdese que el antígeno se identificó en 1982, que seis años después comenzó el primer ensayo clínico y que hasta 1991 no empezaron los ensayos terapéuticos, siendo inyectados con el anticuerpo humanizado los primeros pacientes en 1995. Quizás el mayor éxito cosechado en este campo venga de los estudios realizados con un anticuerpo que se une a un antígeno en dos tipos de células: las células sanas B —células inmunitarias que, una vez activadas, sintetizan anticuerpos— y los linfomas de origen celular B. Este antígeno diana, llamado CD20, fue descrito por Stuart F. Schlossmann. Lo han estudiado posteriormente distintos grupos, entre los que podemos mencionar el dirigido por Mark S. Kaminski y Oliver W. Press. Se han obtenido resultados bastante alentadores. El anticuerpo puede por sí solo inducir la regresión del tumor; cuando se combina con yodo 131 las regresiones son importantes y prolongadas. De pare jo interés es el hecho de que la terapia produzca pocos efectos secundarios. Se sabe así que aunque el antígeno se exprese en las células normales, la terapia puede emplearlo en algunos casos como diana, conforme a lo esperado. Igual que sucede con la mayoría de las oncoterapias experimentales, las que se fundan en el empleo de anticuerpos se ensayan en pacientes que sufren formas avanzadas de la enfermedad. Pero estas terapias resultarían muchísimo más eficaces si se aplicaran en fases precoces. Gert Riethmüller ha estudiado el efecto de 17.1A, un anticuerpo monoclonal, en pacientes que tienen tumores colorrectales en estadios tempranos, locales. Inició la terapia de anticuerpo en estos individuos inmediatamente después de haberles sido quirúrgicamente extirpados los tumores visibles. A pesar de la cirugía, algunos pacientes siguen presentando gran riesgo debido a las células cancerosas residuales. Los pacientes tratados con anticuerpo en el estudio de Riethmüller mostraron una baja recurrencia.

TEMAS 25

Tiene, pues, máximo sentido el trata- dad antitumoral a otros animales tificar dos categorías principales de miento de las células cancerosas re- sanos de la misma cepa. Se crearon antígenos tumorales que desencadesiduales después de la cirugía, o de también técnicas para poner de ma- nan una respuesta de células T en palas que se han diseminado a otros lu- nifiesto que las células T procedentes cientes con melanoma. La primera gares; sin la menor duda, todas las de ratones inmunizados podían a su abarca los antígenos MAGE, BAGE y formas futuras de inmunoterapia se vez destruir célula s tumorales de- GAGE, producidos por células neoplácentrarán en este objetivo. sarrolladas in vitro. Por contra, los sicas, pero no por células normales Los tratamientos basados en antianticuerpos liberados por las células fuera de los testes. La segunda catecuerpos que hemos venido analizan- tumorales no lograban transferir in- goría de antígenos (entre ellos, la tido utilizan moléculas procedentes de munidad ni matar las células tumo- rosinasa y la melan-A) son antígenos animales; tales anticuerpos podrían rales. de diferenciación; los producen las césintetizarse en el tubo de ensayo en lulas del melanoma y los melanocitos, el futuro. En ambos casos se habla de ando un paso más, se necesitaba células normales de donde deriva el inmunoterapia pasiva, puesto que los saber si en el caso de las perso- tumor. pacientes reciben las moléculas inmu- nas se producían reacciones inmuniLas células T no “ven” el antígeno nitarias y no las sintetizan ellos mis- tarias de ese o de parejo tenor. Razo- proteínico entero sobre la célula canmos. La vacunación, por contra, per- nes de índole ética y de viabilidad cerosa, sino sólo fragmentos del mistenece a la inmunoterapia activa, práctica impedían aplicar los méto- mo, es decir, péptidos. Cuando la cépues desencadena una respuesta in- dos ya descritos utilizados con los ani- lula neoplásica procesa la proteína, munitaria en el individuo necesitado males. Nos centramos, pues, en las exhibe esos péptidos sobre la superfide protección. reacciones inmunitarias que podían cie celular junto con los antígenos de Los esfuerzos para tratar el cáncer estudiarse exhaustivamente in vitro. histocompatibilidad. Se está elabocon vacunas se remontan a los oríge- Nuestro grupo eligió las células de rando ya una lista, abierta, de antínes de la inmunología. Durante años melanoma, que crecen fácilmente en genos tumorales proteínicos y peptílos médicos han vacunado a cientos de pacientes cancerosos con células malignas, procedieran éstas del propio paciente o las tomaran de otro, normalmente irradiadas para evitar su desarrollo. Aunque se observaron respuestas ocasionales, este viejo método de vacunación adolecía de gra ves fallos. El principal era que no había forma de seguir el efecto de la vacuna en el sistema inmunitario. Cuando se desarrollaron vacunas contra las enfermedades infecciosas (contra la poliomielitis, por ejemplo), sus 3. LOS TESTS DE PIEL permiten averiguar si el sistema inmunitario reconoce los efectos se percibían sin dificultad atendiendo a los anticuerpos especí- antígenos peptídicos expresados por las células tumorales. En caso afirmativo, aparece irritación de la piel en forma de reacción de hipersensibilidad retardada. La ficos producidos. Pero hasta hace po- reacción inicial de la piel (izquierda) en este paciente de melanoma se intensificó con co no se disponía de información comla inyección de una citocina inductora de respuesta inmunitaria, GM-CSF (derecha). parable sobre los antígenos Esta respuesta se asemeja a la reacción de la tuberculina, que sigue después de una carcinogénicos y las respuestas inmu- vacunación contra la tuberculosis; podemos acudir a ella para comprobar si una vanitarias que instaban. Sin tal conoci- cuna está, tal como se pretende, estimulando el sistema inmunitario de un paciente. miento, no cabía entender por qué unas veces el tratamiento parecía resultar y otras no. Se han realizado el laboratorio. Durante dos lustros he- dicos, identificados mediante el progresos notables en los últimos demos venido estudiando a numerosos método de Boon para clonar antígecenios, llegándose a un punto en el pacientes de melanoma en busca de nos tumorales. Todas estas molécuque puede establecerse el desarrollo pruebas que confirmaran la reacción las son de entrada candidatos para de vacunas contra el cáncer sobre só- de anticuerpos o linfocitos T de tales emplearlos como vacunas. Técnicas enfermos contra sus células melanó- más recientes prometen ampliar la lidas bases científicas. La historia moderna de la vacuna- micas. Descubrimos una pequeña pro- lista de posibles vacunas. ción comienza con un descubrimien- porción que desencadenaba, en efecOtra fuente de información sobre to fundamental en inmunología tumo- to, una respuesta inmunitaria potenciales antígenos tumorales la ral realizado en los años cuarenta y específica contra sus propias células encontramos en la avalancha de descincuenta del siglo pasado, al obser- tumorales. Nos quedamos también cubrimientos relativos a los cambios varse que, cuando los agente s quími- con la idea de que tales pacientes te- genéticos que se operan en las célucos o los virus inducían tumores a los nían un curso clínico más favorable. las cancerosas. Cualquier alteración ratones, los tumores portaban antígeSe nos planteaba entonces un reto: de la célula neoplásica que el sistema nos que podían inmunizar a otros ra- aislar los antígenos tumorales reco- inmunitario pueda reconocer es gratones de la misma cepa contra los nocidos en este sistema, de suerte que no para el molino del inmunólogo. Entrasplantes de tumores. La investiga- pudieran someterse a prueba en una tre las dianas más sugestivas para ción subsiguiente demostró que los vac una. Thierry Boo n y su equ ipo posibles vacunas se citan las proteílinfocitos T (células del sistema inmu- idearon un método para abordar eso nas anómalas que se sintetizan cuannitario) extraídos de animales inmu- en antígenos reconocidos por linfoci- do se producen mutaciones genéticas nizados podían transferir su inmuni- tos T . Esta técnica ha permitido iden- que transforman genes normales en

D


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Categorías de vacunas contra el cáncer Mediante las vacunas contra el cáncer se pretende provocar que las células reconozcan y ataquen enérgicamente el tejido neoplásico.

T y

otros componentes del sistema inmunitario

Células cancerosas enteras

Las células cancerosas inactivadas y sus extractos pueden hacer saltar el si stema inmunitario. La célula cancerosa manipulada por ingeniería genética para secretar citocinas, tales como IL-2 o GMCSF, estimula también la inmunidad antitumoral. Las células preparadas para expresar moléculas coadyuvantes de la estimulación, tales como B-7, potencian l a capacidad de las células T para reconocer las células tumorales.

Péptidos

Los péptidos tumorales, fragmentos de proteínas tumorales reconocidas por las células T , se inyectan solos o con adyuvantes que refuerzan la respuesta inmunitaria.

Proteínas

Las células presentadoras de antígeno procesan proteínas tumorales y las escinden en fragmentos peptídicos reconocidos por los células T .

Células dendríticas

Estas células presentadoras de antígeno se aíslan de la sangre, se exponen a los péptidos tumorales o se manipulan biogenéticamente para sintetizar proteínas tumorales y luego se reinyectan.

Gangliósidos

Los humanos pueden producir anticuerpos contra estas moléculas, por ejemplo el GM2, encontrado en la superficie de las c élulas tumorales. Lo estudios de clínica han revelado que los pacientes de melanoma con anticuerpos anti-GM2 presentan un pronóstico mejor.

Proteínas de choque térmico

Estos constituyentes celulares suelen unirse a péptidos. La inyección de proteínas de choqu e térmico aisladas a partir de los tumores intensifica la respuesta inmunitaria antitumoral en ratones.

Vectores víricos y bacterianos

Los genes que cifran antígenos tumorales se incorporan dentro del genoma de virus o bacterias. Cuando se inyectan estos agentes infecciosos alterados producen inmunidad contra sí mismos y contra los antígenos que codifican.

Acidos nucleicos

Los ADN y ARN que cifran antígenos tumorales instan a las células normales que empiecen a producir tales antígenos.

genes promotores de cáncer. Se está confeccionando la lista de genes asociados al cáncer, conocidos como oncogenes y genes supresores. Y, por supuesto, los tumores humanos causados por virus, tal como el cáncer de cuello de útero, son los objetivos inmediatos de las terapias fundadas en la vacunación.

Lo mismo que acontece con las terapias fundadas en anticuerpos monoclonales, contamos ya con más tratamientos basados en vacunas que los que puedan someterse a ensayo en los pacientes. Y aunque la medicina posee dilatada experiencia en la vacunación contra enfermedades infecciosas, queda todavía mucha tierra por

4. LA TOMOGRAFIA COMPUTERIZADA muestra una sección de la parte superior del torso de un hombre de 41 años, antes y después del tratamiento de un linfoma con el anticuerpo anti-CD20 unido a un radionúclido. Los círculos grandes en negro son los pulmones. A pesar de una quimioterapia precoz,

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roturar. Las vacunas con células enteras, modificadas o no por ingeniería genética, dejarán probablemente paso a las vacunas que contengan antígenos tumorales definidos. Debido a que las vacunas peptídicas son fáciles de sintetizar, han pasado a primer plano en los ensayos clínicos. En las primeras pruebas se observaron

el paciente sufrió una enfermedad extensa, determinada por un gran ensanchamiento de los ganglios linfáticos (izquierda). Después de un tratamiento único con el anticuerpo CD20 (derecha ), toda la patología desapareció. El paciente continuaba en remisión completa después de 2 años.

TEMAS 25

algunas regresiones tumorales. Algunos inmunólogos del cáncer piensan que las proteínas enteras serán más eficaces que las vacunas peptídicas porque pueden provocar al sistema inmunitario con un repertorio de péptidos diferentes. No hemos agotado todos los posibles enfoques inmunoterapéuticos. Hay otro más en el que labora la in vestigación. Hablamos de la inmunoterapia adoptiva, en la que se estimula la respuesta de las células T mediante la exposición de las mismas a los antígenos tumorales o a las células cancerosas en el laboratorio y luego se les inyectan a los pacientes poblaciones de células tratadas. A diferencia de los estudios con ratones endogámicos, caso en el que las células T de un ratón pueden trasplantarse a otro de la misma cepa, en el ser humano las células T de un individuo serían rechazadas por otro. Por esa razón los pacientes tienen que ser a la vez donantes y receptores de sus linfocitos T . La inmunoterapia adoptiva podría resultar ideal cuando uno se halle ante tumores e infecciones víricas de pacientes cuyo sistema inmunitario haya quedado mermado por la enfermedad o por el propio tratamiento. Sea el caso de los leucémicos. Antes de recibir el trasplante de médula ósea se les ha sometido a dosis masivas de radioterapia y de quimioterapia para destruir todas las células leucémicas, sesiones que dejan a los enfermos inmunodeprimidos y muy vulnerables a las infecciones de citomegalovirus (CMV) y de otros patógenos. Pero hay ahora indicios de que la inyección de células T específicas de citomegalovirus mitiga el riesgo de infección por CMV en los sujetos trasplantados. Mediante la simple inyección de linfocitos procedentes de donantes normales pueden provocarse además regresiones drásticas de linfomas originados por virus entre los pacientes receptores de trasplantes. Puesto que tales células inmunitarias se han ahorrado los efectos de los fármacos inmunodepresores, mantienen su plena capacidad para combatir las células del linfoma. A pesar de las esperanzas depositadas en la inmunoterapia, se ciernen todavía oscuros nubarrones sobre las posibilidades reales de domeñar el cáncer por mecanismos inmunitarios. Las células neoplásicas son maestras en el arte del engaño y del camuflaje, lo que les permite evadir la identificación y el ataque por el sistema inmunitario.


Así evaden los tumores el posible ataque inmunitario Alteración de sus características Sometidas al acoso por el sistema inmunitario, las células tumorales generan formas que carecen de rasgos necesarios para su destrucción y reconocimiento por las células T , por otras células asesinas y por los anticuer pos. Ese proceso de inmunoselección desemboca en células tumorales libres de antígenos tumorales o antígenos mayores de histocompatibilidad, que presentan antígenos tumorales al sistema inmuni tario. En las células tumorales pueden también faltar moléculas coadyuvantes de la estimulación, que activan las células T , y las moléculas indic adoras que se precisan para responder a las citocinas, tales como gammainterferón, que instan la destrucción del tumor por el sistema inmunitario. Supresión de la respuesta inmunitaria Las células tumorales pueden efectuar cambios en el huésped que disminuyan o eliminen una respuesta inmunitaria eficaz contra ellas. Se produce la inmunodepresión específica cuando las células tumorales mandan señales inapropiadas o irrelevantes a las células T , reduciendo su número o capacidad de respuesta. La inmunodepresión no específica viene causada por otros metabolitos de las células tumorales, tales como TGF-beta, fármacos anticancerosos o radioterapia. Escondiéndose de la respuesta inmunitaria Las reacciones inmunitarias son menos eficaces o no se presentan en determinadas zonas del organismo, por ejemplo en el cerebro; cuando tal acontece, los tumores evaden el sistema inmunitario. Además, un denso tejido estromal, consistente en tejido conectivo, puede apantallar las células tumorales ante la función de reconocimiento, y destrucción consiguiente, del sistema inmunitario. Aprovechando la ignorancia del sistema inmunitario Las células tumorales podrían desarrollarse sin provocar ninguna respuesta inmunitaria. Pero se puede generar una respuesta inmunitaria eficaz cuando se inmuniza contra antígenos tumorales, lo que revela que la capacidad potencial de un ataque inmunitario no siempre se activa. Adelantándose a la respuesta inmunitaria Las células tumorales pueden proliferar con una celeridad tal, que la respuesta inmunitaria no consiga llegar a tiempo para impedir su crecimiento.

Ante esa competición que libran los mecanismos de huida de la célula cancerosa y los mecanismos de control inmunitarios, nada mejor que combatir el cáncer desde diversos frentes. Se están explorando distintas posibilidades: creación de vacunas que combinen varios antígenos (vacunas polivalentes), combinación de inmunoterapia con anticuerpos y con vacunas, combinación de inmunoterapias específicas y no específicas, amén de otras terapias anticancerosas. Tampoco pueden dejarse de lado otros obstáculos potenciales. Según se ha señalado a propósito de los anticuerpos, las vacunas contra el cáncer podrían dañar en cierta medida a los tejidos normales. Hay patologías, como las enfermedades autoinmunitarias, que se originan cuando el sistema inmunitario se revuelve contra los tejidos normales del propio organismo; acontece ese fenómeno en la

artritis reumatoide, en la esclerosis múltiple y en ciertas formas de enfermedades renales. Quizá tengamos que pagar algún tipo de tributo en forma de enfermedad autoinmune a cambio de obtener una eficaz vacuna contra el cáncer.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA OF C ANCER. Dirigido por V. T. DeVita, Jr. et al. LippincottRaven, 1994. MONOCLONAL ANTIBODIES. J. P. Mach en Oxford Textbook of Oncology , vol. 1. Dirigido por J. Peckham, M. Pinedo y U. Veronesi. Oxford University Press, 1995.

BIOLOGIC T HERAPY

CANCER THERAPY

WITH

RADIOLABELED

ANTIBODIES. Dirigido por David M. Gol-

denberg, CRC Press, 1995.

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Las vacunas, medicamentos Rino Rappuoli, Sergio Abrignani y Guido Grandi del futuro Las técnicas biológicas actuales permiten aplicar la vacunación preventiva a la inmunoterapia de tumores, a las infecciones crónicas y a las alergias

E

n el combate entre el ser humano y las enfermedades se distinguen tres períodos. El primero estuvo dominado por la superstición, característica de la sociedad primitiva. Se creía que las enfermedades eran un recurso que los dioses manejaban para recompensar o castigar a la humanidad. El único remedio en tales circunstancias era aplacar a la deidad a través del chamán o brujo, cuyo poder se agrandaba en su función mediadora. En el segundo período ha primado el conocimiento científico de los mecanismos que causan las enfermedades. Su principal acción ha sido la curación de la enfermedad, una vez definidos los síntomas. Esta fase, que comenzó de forma rudimentaria en el siglo V a.C. con Hipócrates, teórico y médico ejerciente, considerado padre de la ciencia médica moderna, alcanzó pleno desarrollo durante los siglos XIX y XX , hasta culminar en el refinamiento de la medicina actual. Pese al gran progreso científico y técnico que ha experimentado la medicina, el enfermar se acepta como una condición necesaria para el ser humano; la técnica no puede utilizarse más que para curar las enfermedades una vez manifestadas. El tercer período, el de la medicina del futuro, se basará en la prevención. Las vacunas, una de las herramientas más poderosas y rentables de la medicina preventiva, desempeñarán un papel fundamental en esta fase. Antes de entrar en la naturaleza de las vacunas, hemos de presentar algunos conceptos de inmunología básica. Nuestro organismo está sometido a agresiones múltiples de parásitos, bacterias (extracelulares e intracelulares) y virus. Importa, pues, que el sistema inmunitario sepa clasificar estos agresores y armar una respuesta capaz de eliminarlos. En el caso de las bacterias extracelulares y de sus productos tóxicos la respuesta eficaz consiste en la producción de anticuer-

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pos opsonizantes o neutralizantes. Si se trata de bacterias intracelulares que se replican en el interior de fagosomas, la respuesta más contundente corre a cargo de las células T , que activan los fagocitos en un proceso inflamatorio de hipersensibilidad retardada. Por último, si nos hallamos ante una infección vírica, aunque los anticuerpos específicos podrían limitar la difusión del virus a otras células, sólo una respuesta citotóxica acabará con las células infectadas y erradicará el virus.

FASE COGNITIVA CELULA PRESENTADORA DEL ANTIGENO

Estos tres tipos de respuesta (anticuerpos, inflamación y citotoxicidad) son los mecanismos efectores del sistema inmunitario. Para que se activen las células B secretoras de anticuerpos tienen que absorber el antígeno y exponer en la membrana fragmentos del mismo junto con una estructura proteica específica, el complejo principal de histocompatibilidad de clase II. El compuesto constituido por antígeno y MHC de clase II lo reconocen luego las células T coadyuvantes que, a su vez,

FASE DE ACTIVACION

CELULA T INDIFERENCIADA PROLIFERACION

IL-2

1. LA HEPATITIS B, que afecta a 300 millones de personas, se cobra cada año dos millones de vidas humanas. En 1976 se confirmó la viabilidad de una vacuna contra el virus de esa forma de hepatitis.

TEMAS 25

CELULA T EFECTORA

FASE EFECTORA

PRODUCCION DE CITOCINAS

N O I C A I C N E R E F I D

ACTIVACION DE CELULAS B

ACTIVACION DE MACROFAGOS

INFLAMACION (NEUTROFILOS, EOSINOFILOS)

DIFERENCIACION DE LOS LINFOCITOS T CITOTOXICOS

producen citocinas; éstas estimulan la proliferación de las células B y la secreción de anticuerpos. Por su parte, se produce la respuesta de los linfocitos T citotóxicos cuando las proteínas antigénicas se originan en el interior de las células. Acontece así con los patógenos intracelulares, como los virus. Los antígenos sintetizados en el interior celular en este caso aparecen, tras su degradación, en la superficie de las células en asociación con los componentes del MHC de clase I. Las células precursoras de los linfocitos citotóxicos reconocen luego los complejos antígeno-MHC de clase I y maduran, transformándose en células asesinas que eliminan selecti vam ent e las células infectada s por el patógeno. Tras eliminar al agente invasor, nuestro sistema inmunitario “retiene su estampa”, de suerte que el organismo lo reconozca en adelante y evite cualquier ataque del agente infeccioso. Los principales representantes de la memoria inmunitaria son los clones de células T , que pueden sobre vivir durante largos períodos, incluso durante la vida entera del individuo. Los clones facilitan la activación de las células B productoras de anticuerpos y de las células T citotóxicas precursoras a través de la producción de citocinas cuando vuelven a encontrarse con el microorganismo de su especificidad. El principio de la vacunación se nos ofrece entonces en su máxima llaneza. Merced a la vacuna se queda expuesto a un “material biológico” que imita al agente infeccioso, razón por la que el sistema inmunitario desencadena la resistencia ante el patógeno y lo memoriza, sin experimentar la infección ni la enfermedad. El proceso viene a ser como si se introdujera en el organismo una “pastilla” de memoria electrónica con determinadas instrucciones. Para vacunar contra un patógeno se inocula el organismo con un microorganismo muerto (vacunas muertas), con uno vivo, pero incapacitado para desencadenar la enfermedad (vacunas vivas atenuadas) o con una porción purificada del patógeno (vacunas subunitarias).

El pasado de la vacunación 2. LOS PRINCIPALES MECANISMOS EFECTORES del sistema inmunitario son tres: producción de anticuerpos, inflamación y citotoxicidad. El antígeno pasa al interior de una célula presentadora de antígenos; ésta expone en su superficie fragmentos del mismo asociados con el complejo principal de histocompatibilidad (MHC) de clase II. Entonces las células T inactivas reconocen el complejo constituido por antígeno y MHC y se multiplican en consecuencia. Las células T activadas median los tres mecanismos efectores a través de la producción de citocinas específicas.


L

a inmunidad adquirida contra la enfermedad, principio básico sobre el que se han desarrollado las vacunas, la reseñó ya Tucídides 430 años antes de la era cristiana. Al describir cierta epidemia que asoló Ate-

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nas (quizá de fiebre tifoidea), no se le olvidó señalar que los supervivientes no sufrían recidivas de la enfermedad y pudieron, por tanto, cuidarse de los afectados. Las prácticas encaminadas a desencadenar inmunidad artificial frente a las enfermedades son también muy antiguas. La variolación, es decir, la transferencia de material infectado de una lesión de viruela a personas sanas para tornarlas resistentes a exposiciones subsiguientes a esta enfermedad mortal, se practicaba en el 590 a.C. en Asia, aunque no parece probable que se remontara muy atrás en el tiempo. El procedimiento se extendió a Persia, Turquía, Libia y Europa en la Edad Media.

Pero su mayor difusión, acontecida a principios del siglo XVIII, se debió a Mary Montagou, esposa del embajador británico en Turquía. La dama, tras haber visto los milagros que dicha práctica obró en aquel país, decidió promoverla en Inglaterra. Su trabajo fue tan eficaz, que consiguió su generalización en Inglaterra, donde los hijos de la familia real fueron vacunados en 1722. Pero el procedimiento resultaba todavía bastante arriesgado; hasta un 4 % de las personas inoculadas podía desarrollar una forma grave de la enfermedad y morir. La solución final vino en 1796 de la mano de Edward Jenner, quien, mientras ejercía la medicina en un medio rural, había observado que los campe-

ANTIGENO

CELULA B PROCESAMIENTO

Endocitosis del complejo formado por el antígeno y la Ig de la célula B

El presente

Procesamiento del antígeno, presentación de los péptidos procesados con las moléculas del complejo MHC de clase II

CELULA T COADYUVANTE ACTIVADA

Activación de las células B mediante contacto

CITOCINAS

PROLIFERACION

DIFERENCIACION

Producción de anticuerpos

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sinos expuestos a material infectado de las vacas no desarrollaban la enfermedad, sino que adquirían inmunidad frente a la viruela. Decidió utilizar el material menos peligroso derivado de las lesiones bovinas (“vaccinus”) para “vacunar” a un chico (James Phipps) y demostrar su inmunización frente a un nuevo episodio de viruela. Pero el planteamiento científico de la vacunación se demoró todavía un siglo. Es decir, hasta que Pasteur descubrió que las enfermedades infecciosas estaban causadas por microorganismos y utilizó el virus de la rabia inactivado. La vacunación a gran escala no comenzaría hasta que Ramon hallase en 1924 una forma segura y reproducible de inactivación de las toxinas y de los microorganismos patógenos, mediante su tratamiento con formaldehído, y después de conseguir la atenuación de los patógenos mediante pasos sucesivos en medios de cultivo in vitro . Con estas técnicas elementales se desarrollaron vacunas contra el tétanos, la difteria, la viruela, la poliomielitis, la tos ferina, e l sarampión, la rubéola y el meningococo desde 1920 hasta 1980, enfermedades que antes mataban a centenares de millones de personas. Como consecuencia de un esfuerzo de vacunación coordinado por la Organización Mundial de la Salud, en 1977 se consiguió la erradicación de la faz de la Tierra del virus de la viruela.

A Presentación del antígeno con las moléculas del MHC de clase II

CELULA T COADYUVANTE INACTIVA

3. LAS CELULAS T ayudan a las células B a producir anticuerpos. La unión del antígeno a inmunoglobulinas de superficie sirve de señal de las células B; el antígeno pasa simultáneamente al interior de las células presentadoras de antígeno profesionales, que lo degradan en péptidos y éstos se asocian con las moléculas del complejo principal de histocompatibilidad de clase II y activan a las células T coadyuvantes inactivas. El antígeno ligado y las señales de las células T coadyuvantes activadas provocan que las células B comiencen a multiplicarse y a diferenciarse en células plasmáticas secretoras de anticuerpos.

mediados de los años setenta del siglo XX se había sacado todo el partido posible de la técnica necesaria para el desarrollo de las vacunas, cuyo número había llegado al límite de acuerdo con los medios entonces disponibles. Pero las enfermedades infecciosas seguían representando la causa principal de defunción y el índice de mortalidad se acentuaba, in virtiendo la tendencia descendente de principios de siglo (con un aumento del 58 % desde 1980 hasta 1992 en EE.UU., donde las enfermedades infecciosas son la tercera causa principal de muerte en la actualidad). Aparecían el sida, el VHC, la enfermedad de Lyme y la colitis hemorrágica, al tiempo que retornaban enfermedades que se creía controladas (tuberculosis). Por último, el desarrollo de resistencia a los agentes antimicrobianos hacía mucho más difícil y caro el control de la gonorrea, la enfermedad neumocócica, las infecciones estafilocócicas y enterocócicas, la tuberculosis y el paludismo, entre otras.

TEMAS 25

Resultaba, pues, apremiante encontrar nuevas vacunas a partir de planteamientos novedosos. Desde principios de los años ochenta las industrias biomédicas empezaron a in vert ir en inve stigación en vacu nas, aprovechando la técnica de ADN recombinante y el mayor conocimiento del sistema inmunitario. Tales empeños no fueron estériles. Nos ceñiremos a tres ejemplos que tipifican el nuevo derrotero. La hepatitis B es una enfermedad vírica que mata cada año a dos millones de personas. El equipo de M. R. Hilleman había demostrado experimentalmente en 1976 la viabilidad de una vacuna contra el virus de esa forma de hepatitis (VHB); en efecto, la inyección de antígeno particulado purificado, procedente del plasma de personas infectadas, protegía a los animales de la infección por el VHB. La vacuna era eficaz, pero no podía producirse en grandes cantidades dada la limitación de donantes. La solución vino de la mano de la clonación del genoma del VHB y de la expresión de las partículas del VHB en la levadura. P. Valenzuela y W. J. Rutter consiguieron expresar en la levadura el gen que cifraba la proteína de superficie del virus. La manipulación genética de la levadura permitió producir elevadas cantidades del antígeno de superficie con la misma conformación que las partículas derivadas de los donantes de plasma. Actualmente la vacuna se administra a varios millones de personas en todo el mundo, la enfermedad está desapareciendo y cabe esperar que la insuficiencia hepática y el cáncer causados por esta infección pasen pronto a la historia. El segundo ejemplo nos lleva a Bordetella pertussis , que se cobra la vida de unos 350.000 niños cada año. En los años cuarenta se desarrolló una vacuna constituida por células bacterianas completas muertas. Aunque su eficacia era muy grande, su empleo estuvo siempre rodeado de polémica debido a su gran reactogenicidad. Además, y eso era lo peor, sus grave s efectos secundarios no permitían la vac una ció n de niños may ore s y de adolescentes, quienes propagan el agente infeccioso, impidiendo así cualquier posibilidad de controlar la infección. Durante la investigación de vacunas subunitarias nuevas y más seguras se observó que la toxina pertussis era el principal antígeno protector; había que detoxificar la molécula si se quería utilizarla de vacuna. ¿Cómo lograrlo? J. A. M. Papehnheimer y J. Murphy habían demostrado


VIRUS

Proteína vírica internamente sintetizada

PRE-LCT

CELULA T COOPERADORA

Fragmento de proteína vírica presentada unida al componente del MHC de clase II CELULA T COADYUVANTE ACTIVADA

IL2, IFN- γ Y OTROS

LCT ACTIVADO

LISIS CELULAR

célula infectada con componente del MHC de clase I

4. PARENTESCO DE CLASE en la respuesta inmunitaria celular. Los linfocitos T precursores de las células T citotóxicas reconocen los péptidos de los patógenos intracelulares, sobre todo de los virus, unidos a los antígenos del complejo principal de histocompatibilidad de clase I sobre la superficie de una célula presentadora de antígenos profesional. Las células T coadyuvantes, activadas por reconocimiento de los péptidos, y el complejo principal de histocompatibilidad de clase II proporcionan el medio óptimo, las citocinas y los contactos para la maduración de los precursores citotóxicos de células citotóxicas efectoras que mat an las células blanco infectadas.

en los años setenta la modificación, mediante mutagénesis aleatoria, de un gen codificador de la toxina de la difteria; con ese cambio se producía una molécula inmunológicamente idéntica a la toxina, pero inocua. Decidimos seguir esa vía, con una salvedad: en vez de recurrir a la mutagénesis aleatoria para crear un mutante, identificamos, mediante diseño molecular asistido por ordenador, los posibles aminoácidos implicados en la toxicidad. Empezamos por clonar el gen de la toxina de B. pertus-

sis y, después de estudiar las relaciones estructura-función de la molécula en simulaciones informáticas, seleccionamos dos aminoácidos a sustituir por mutagénesis dirigida. La toxina producida mediante ingeniería genética era inactiva y mostraba una inmunogenicidad unas diez veces superior que la molécula de tipo silvestre detoxificada por el tratamiento tradicional con formaldehído. Al probarla en ensayos de eficacia a gran escala, esta vacuna confería una excelente protección contra la enfermedad, que

73

VACUNAS EFICACES DISPONIBLES (1996) FORMULACION DE LA VACUNA BLANCO

Microorganismo completo Atenuado Muerto

Adenovirus

+

B. pertussis

+

C. diphtheriae

Subunidad de microorganismo Natural Recombinante

+ +

H. influenzae

+

Virus hepatitis A

+

Virus hepatitis B

(+)

Virus de la gripe

+

Virus sarampión

+

+

+

Meningococo A

+

Meningococo C

+

Virus paperas

+

Poliovirus

+

+

Virus de la rabia

+

Virus rubéola

+

C. tetani

+

S. typhi

+

+

Virus varicela

+

aparecía antes y duraba más que la inducida por las vacunas tradicionales, pese a que la dosis utilizada de antígeno era muy baja. Rappuoli recibió el premio Paul Erhlich y Ludwig VIRUS DE LA HEPATITIS B Hepadnaviridae

A

+

Darmstaedter en 1991 por el descubrimiento de la primera vacuna proyectada. En 1996 se otorgó el premio Laskey al descubrimiento de la primera PARTICULAS DEL Ag DE SUPERFICIE DE LA HB

preS1 preS2 S

HBc

FILAMENTOS LHBs

RT

SHBs

3,2kb ADN

MHBs TP

42 nm

E L B A I R A V D U T I G N O L

ESFERAS

vacuna se misintét ica , cons tituida por el acoplamiento artificial de un polisacárido y de una molécula proteica. Se las llama vacunas conjugadas. Se sabía que muchas bacterias causantes de infección sistémica están rodeadas por una cápsula de polisacáridos y que la vacunación con polisacáridos purificados podía proteger de la enfermedad. Desde hacía decenios existían vacunas de polisacáridos contra los pneumococos, en tanto que las dirigidas contra meningococos aparecieron en los años setenta. Pero estas últimas, aplicadas a los adultos en tiempos de epidemia, no resultaron adecuadas para la pre vención en masa de la enfe rmeda d, ni para la vacunación de los lactantes, blanco principal de las enfermedades. La explicación del fenómeno reside en las células T coadyuvantes, que reconocen muy mal a los polisacáridos, si llegan a hacerlo. La consecuencia es que sólo inducen una respuesta inmunitaria parcial, a corto plazo e independiente de las células T en los adultos, no creando memoria. Para resolver esa limitación se estableció una conjunción química entre el polisacárido y una proteína portadora (el toxoide de la difteria o del tétanos), que sí era reconocida por las células T . La primera vacuna de esta naturaleza desarrollada frente a Hemo phil us influenzae , un patógeno que causa la meningitis de los lactantes, erradicó la enfermedad y la bacteria de todos los países en los que se aplicó a los pocos años de su uso. Se han creado vacunas contra Meningococcus A y C, Pneu moco ccus y Salm onel la typhi basadas en el mismo principio, que están superando felizmente la fase de ensayo clínico.

17-25 nm

El futuro

B 5. LAS DOS VACUNAS de subunidades recombinantes comercializadas. Aparecen en representación esquemática la partícula del virus de la hepatitis B y las partículas recombinantes del antígeno de superficie sintetizadas en levadura macho ( A). En la ilustración del bolsillo catalítico de la toxina de Bord etel la pertussis ( B), se indica que los dos restos de Arg y de Glu se sustituyeron por mutagénesis lateral dirigida para crear una molécula genéticamente detoxificada con características inmunogenéticas intactas.

74

L

a era genómica proporcionará blancos para nuevas vacunas a un ritmo que aumenta de forma exponencial. Secuenciar un gen era tarea imposible en los años setenta del siglo pasado. En los ochenta ya se podía, pero todo un equipo de investigación necesitaba un año para secuenciar un gen de unos 2000 pares de bases. Se requería, pues, un trabajo previo largo y esmerado para asegurarse de que el gen que se estaba secuenciando era candidato idóneo para la acción de la vacuna. Hoy el panorama es otro. En menos de seis meses puede secuenciarse un genoma bacteriano de unos tres millo-

TEMAS 25

ANTIGENO POLISACARIDO

PARA OBTENER UNA RESPUESTA DE ANTICUERPOS OPTIMA

POLISACARIDO

PROTEINA TRANSPORTADORA

ANTIGENO CONJUGADO

CELULA B

SIN UNION

CELULA T COADYUVANTE SIN ACTIVAR

SIN ACTIVACION DE LA CELULA T

6. PARA OBTENER UNA RESPUESTA de anticuerpos óptima a una estructura de carbohidratos que no acostumbra ser inmunogénica para las células T , se une covalentemente al carbohidrato una proteína portadora. El glucoconjugado es procesado por las CPA, que presentan los epítopos de la proteína portadora a las células T coadyuvantes. Estas células T activadas ayudarán a las células B que han sido señaladas por la unión del carbohidrato e inmunoglobulinas específicas expuestas en la superficie.

nes de pares de bases, incluyendo las proteínas aptas para ser consideradas como blanco de vacuna. Sirviéndonos de algoritmos especiales podremos realizar en cuestión de horas la selección de las moléculas apropiadas. Con la vista puesta en el futuro, se perciben tres áreas muy prometedoras: la administración de vacunas a través de las mucosas, las vacuna s de ADN y las vacunas terapéuticas. Empecemos por la administración a través de las mucosas. Salvo raras excepciones, las vacunas se administra mediante inyección intramuscular, un método anticuado, pero que seguía siendo la forma común de aplicar los medicamentos al uso todavía en los años sesenta. Así se administraba el 80 % de los medicamentos importantes. Los laboratorios farmacéuticos han rebajado ahora esa cifra al


s o p r e u c n i t ó n i c a a i e c d n e n r ó e i f i c d c u y d n o r ó i p c y a r , e B f i l a l o r u P l é c a l e d

CELULA T ACTIVADA

CELULA T COADYUVANTE SIN ACTIVAR

15 %, prefiriéndose las vías bucal, misma puerta de entrada, y no sólo mucosa o transdérmica. una vez localizados en el interior del Si en el dominio de las vacunas no organismo (inmunidad sistémica), el se ha abandonado aún la inyección, sistema inmunitario ha dispuesto un débese en buena medida a los escasos ejército particular en los tejidos mumárgenes que deja esa medicación. cosos. En este sistema intervienen tiPero los mayores réditos obtenidos de pos de anticuerpos diferentes (IgA en las aplicaciones de la ingeniería bio- vez de IgG) y células T distintas, que lógica permiten que se dedique dine- se alojan específicamente en los tejiro a la investigación de otros modos dos mucosos. de administración. El desarrollo de vacunas de admiEl desarrollo de vacunas adminis- nistración por la vía mucosa requietradas a través de las mucosas no só- re el uso de coadyuvantes especiales, lo supondrá una mayor comodidad en además de las técnicas de presentasu aplicación, sino que también esti- ción del fármaco. En efecto, los tejimulará una respuesta inmunitaria en dos de las mucosas están expuestos lugares de las mucosas que no suelen de continuo a millones de sustancias intervenir en la inmunidad desenca- inocuas a través de la comida, la bedenada por las vacunas sistémicas. bida, la respiración y el contacto, enLa superficie de las mucosas está ex- tre otros medios, y han aprendido a puesta al ambiente y suele ser la pri- despreocuparse de ellas. Por tanto, mera barrera que encuentran los mi- para que se reconozca su carácter pacroorganismos patógenos durante la tógeno y así alertar al sistema inmuinfección. Esa zona superficial abar- nitario, las sustancias deben presenca unos 400 m2 en el organismo hu- tarse unidas a coadyuvantes que mano. faciliten su identificación. También Con objeto de luchar contra los mi- tienen que alcanzar a determinadas croorganismos patógenos desde la células de la mucosa (células M ).

75

ce. Insertaron en un plásmido bacteriano el gen que codifica la ADN PLASMIDICO nucleoproteína (NP) del virus A de la gripe junto con elementos reguladores de la transcripción y la traducción CUALQUIER CPA PORTADORA CELULA DEL MHC en eucariotas. Al inyectar el plásmiDE CLASE I do por vía intramuscular a ratones se desencadenó una fuerte respuesta inPROTEINA RECIEN munitaria contra la nucleoproteína. SINTETIZADA De ello se infería que el ADN había penetrado en las células (transducción in vivo) y se había expresado. ToDEGRADACION ARNm davía más: los ratones inmunizados con el ADN de la NP sobrevivieron a una provocación subsiguiente con el PROTEINA virus de la gripe . Bastaba, pues, la simple administración del ADN codificador de un solo antígeno específico VIA del virus para reproducir los efectos DE SECRECION protectores obtenibles mediante la PRESENTACION vacunación con virus muertos o ateDEL ANTIGENO EN EL MHC nuados. DE CLASE I Indicios de la posibilidad de la transducción in vivo por inyección de ADN purificado habí an aparecido mucho antes, pero nadie les había ACTIVACION DE LOS LTC prestado la atención suficiente. Y. Ito PRODUCCION DE ANTICUERPOS publicó un artículo donde demostra7. LA INMUNIZACION CON ADN podría representar una forma más potente y eficaz ba la inducción de papilomas en la de desencadenar respuestas inmunitarias. Las células absorben el ADN plasmídico piel de conejo mediante la inyección y expresan el gen codificador del antígeno que interese. En este punto, el antígeno de ácidos nucleicos extraídos con fepuede seguir dos rutas diferentes: a) puede ser secretado y, por tanto, inducir la nol del virus del papiloma de conejo producción de anticuerpos a la manera de las subunidades proteicas; b) puede Shope en 1960. Un equipo dirigido ser procesado intracelularmente y los fragmentos antigénicos presentados en la superficie de la célula en el contexto de los componentes del complejo principal de por J. A. Wolff observaba treinta años más tarde que la inyección del histocompatibilidad de clase I, estimulando así la respuesta de los linfocitos T ci ADN del plásmido portador del gen totóxicos. de la β-galactosidasa se traducía en la expresión de la actividad enzimáNo está claro todavía qué sea lo que tánica químicamente detoxificada; tica dentro del músculo esquelético. hace especiales a las moléculas para administramos el producto en las ca- El ADN del plásmido pudo detectarque las células de las mucosas las re- vidades nasales de los ratones. Trans- se 30 días después mediante la técconozcan como peligrosas o patóge- curridas unas semanas de la inmuni- nica de hibridación de Southern nas. Pero hay algunas que tienen la zación, se inyectó en cada ratón (“Southern Blot”) y la actividad en virtud de estimular el sistema inmu- inmunizado una cantidad de toxina zimática persistió al menos durante nitario mucoso; podríamos mencionar tetánica activa suficiente para matar 60 días después de la inyección. entre ellas a la toxina colérica (TC) y a diez ratones. Los que habían sido El equipo de D. Tang demostró en a la toxina termolábil (TL) de Esche- inmunizados estaban protegidos y so- 1992 que la inyección intramuscular richia coli . Cuando estas moléculas brevivieron muy bien a la provocación del plásmido no sólo permitía la extóxicas se administran por vía oral o con la toxina. presión del gen pertinente, sino que intranasal, provocan una respuesta el nivel de expresión desencadenaba inmunitaria poderosa contra ellas y además una respuesta inmunitaria. contra las moléculas con las que se Vacunas de ácidos nucleicos Cuando se inyectó un plásmido que administran. ¿Podríamos eliminar albergaba el gen de la hormona de toxicidad sin afectar a la capacidad l desarrollo y la fabricación de las crecimiento humana (hGH) bajo el del sistema inmunitario para recono vacunas, ya sean tradicionales o control transcripcional del promotor cer su naturaleza tóxica? recombinantes, precisan de técnicas β-lactina humana o del CMV, se deDescubrimos que las toxinas TC y refinadas, que van desde la prepara- tectaron una semana más tarde anTL mutantes, a las que habíamos eli- ción a gran escala de microorganis- ticuerpos anti-hGH en los sueros de minado su toxicidad por ingeniería mos patógenos hasta su formulación los ratones inmunizados. También se genética, seguían, no obstante, des- en una vacuna, pasando por su inac- observaron efectos de refuerzo de la encadenando la respuesta del siste- tivación y por la purificación de es- inmunización subsiguiente con ADN, ma inmunitario mucoso. En 1995 y en tructuras complejas. A veces resulta de forma similar a los que suelen colaboración con G. Dugan nos apres- muy difícil, si no imposible, conse- aparecer tras la inmunización con tamos a inmunizar ratones contra la guir el crecimiento in vitro de los pa- proteínas. toxina tetánica utilizando un pulve- tógenos. Por último, el aludido trabajo con rizador nasal. Añadimos algunos miInvestigadores de los laboratorios la nucleoproteína del virus A de la crogramos de una forma mutada de Merck y Vical realizaron no hace mu- gripe puso de manifiesto que la resla TL a una preparación de toxina te- cho un descubrimiento de largo alcan- puesta inmunitaria inducida por la

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TEMAS 25

inyección de un plásmido podía ser munitario, es decir, anticuerpos, cé- para educar a nuestro sistema inmuprotectora, poniendo así de manifies- lulas responsables de la inflamación nitario con el objeto de erradicar ento la capacidad del ADN plasmídico y células T citotóxicas. fermedades ante las cuales la medicomo vacuna. Se están llevando a cabo estudios cina al uso sólo puede aportar El descubrimiento de los investiga- de inmunización con ADN de un gran remedios transitorios? Estamos pendores de Merck y de Vical, publicado número de agentes infecciosos en mo- sando en infecciones crónicas, en tuen Science en 1993, promovió una in- delos de micromamíferos. Pero se des- mores, en alergias y en otras enfertensa actividad investigadora, lo mis- conoce aún la eficacia de la adminis- medades autoinmunitarias. mo en la universidad que en la indus- tración del ADN en primates. De Bajo la esperanza del recurso teratria. A unos les interesaba la base hecho, se precisan grandes cantida- péutico a las vacunas subyace la idea celular e inmunitaria de la vacuna- des de ADN para estimular respuesde que el sistema inmunitario del ción con ADN; a otros, el filón de pro- tas inmunitarias apreciables en mo- huésped puede elaborar por sí mismo ductos inéditos que suponía el domi- nos, sin olvidar que necesitamos más una respuesta capaz de regular o de nio de la nueva técnica. información básica sobre los mecanis- erradicar una enfermedad determi Aunque no acaba de entenderse el mos de captación del ADN in vivo y nada. Son ejemplos típicos algunos porqué de la respuesta inmunitaria sobre el papel de los diferentes tipos tumores. Aunque casi todos los tumoprotectora tras la inyección del ADN, de células transfectadas en la induc- res son antigénicos, es decir, expresí se sabe ya que, una vez inyectado, ción de la respuesta inmunitaria. san moléculas que el sistema inmuel ADN del plásmido atraviesa las Algo se va despejando con la pro- nitario del huésped puede reconocer, membranas de las células muscula- metedora información sobre la protec- hay muy pocos que sean también inres y de las células del sistema inmu- ción de chimpancés contra el virus de munogénicos, capaces de provocar en nitario y llega a su núcleo. El plásmi- la hepatitis B y el VIH mediante in- los pacientes una respuesta inmunido no puede multiplicarse aquí, munización con ADN. Se ha entrado taria detectable contra ellos. Este es debido a la ausencia de señales de re- en la fase de ensayos provisionales en el motivo de que el sistema inmuniplicación eucarióticas, ni integrarse voluntarios humanos de la inmuniza- tario no pueda, por lo común, controen el cromosoma huésped, dado que ción contra el virus de la gripe, el VIH lar el crecimiento tumoral. no existe homología de secuencia en- y el paludismo. No tardaremos muSe han seguido dos métodos princitre los ADN cromosómico y plasmídi- cho en conocer si la inmunización con pales para preparar vacunas tumoraco. Pero el gen codificador del antíge- ADN abandona la lista de “técnicas les. Uno se basa en la identificación no puede transcribirse en ARNm potencialmente útiles” para engrosar de los antígenos asociados a los tumogracias a la presencia de señales reel magro elenco, por privilegiado, de res (AAT), con el fin de desencadenar guladoras adecuadas y traducirse lue- “técnicas valiosas desde el punto de una respuesta inmunitaria contra go en proteínas con eficacia suficien- vista social y económico”. ellos. El segundo consiste en aumente para poner el sistema inmunitario tar la inmunogenicidad de las células en jaque. tumorales; por ejemplo, mediante la Vacunas terapéuticas Desde una perspectiva industrial, creación de un entorno inflamatorio la vacunación con ADN simplificaría en los lugares donde se encuentra el demás de prevenir una enferme- tumor o proporcionando en forma solos procesos de producción de las vacunas. No habría que preparar y pudad, ¿puede una vacuna curarla? luble las moléculas coestimuladoras rificar el antígeno de la vacuna, una ¿Podremos valernos de la vacunación ausentes de las células T . Se encuentarea carísima y difícil. Los laboratorios farmacéuticos podrían dedicarse a la concepción y a la purificación de plásmidos. Desde el punto de vista de LA REVOLUCION GENOMICA la respuesta inmunitaria a las vacuAño 1975 Imposible la nas, el recurso al ADN podría repre secuenciación sentar una forma más potente y efidel ADN. caz de avivar al sistema inmunitario y de combatir enfermedades infeccioAño 1977 Secuenciación manual. Período de sas contra las cuales han fracasado Método de Maxam “comprobación las vacunas tradicionales. y Gilbert; método de la hipótesis”. Los antígenos que constituyen las de Sanger. vacuna s subunitarias o los microorganismos muertos llegan al interior Año 1982 Secuenciación manual. Factible la Aproximadamente celular por fagocitosis o endocitosis; Método de Sanger. secuenciación 2000-3000 se procesan a través de la vía del de genes. nucleótidos MHC de clase II. Así activan las céen un año. lulas T coadyuvantes; éstas, a su vez, estimulan la respuesta humoral de Año 1995 Secuenciación Factible la 1 genoma bacteriano síntesis de anticuerpo y la respuesta automática. secuenciación (3 millones inflamatoria. de genomas. de nucleótidos) Las vacunas de ADN permiten, por en 6 meses. contra, la entrada de los antígenos en Año 1997 Secuenciación Ensayo de 1 genoma las dos vías del MHC, la de los comautomática secuenciación bacteriano ponentes de clase I y la de los compoy tecnología. genómica. en 30 minutos. nentes de clase II y, por consiguiende microchip. te, pueden desencadenar todas las respuestas efectoras del sistema in-

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tra ya en fase avanzada de ensayo clínico el tratamiento del melanoma con vacunas. La situación es distinta en el caso de las infecciones crónicas, recordemos la provocada por el virus de la hepatitis B (VHB). En estos casos el sistema inmunitario responde a la infección, pero sin la intensidad suficiente para erradicarla. Todavía resulta peor que la respuesta inmunitaria desencadenada contra la infección cause la enfermedad, como ocurre con el VHB: las células T dañan al hígado infectado en su empeño por eliminar el virus. El método de desarrollo de una vacuna terapéutica consiste en este caso en enseñar al sistema inmunitario para que responda al ataque del agente infeccioso de una manera beneficiosa para el huésped, no deletérea. En el caso concreto del VHB se busca generar una respuesta de anticuerpos neutralizantes y evitar las reacciones citotóxicas. Se trabaja en la preparación de vacunas contra la infección por herpes genital (VHS-2), hepatitis B (VHB) y C (VHC), papilomavirus (PVH), Helicobacter pylori (HP) y VIH. A la ma-

yoría de esas infecciones crónicas se no remite ya obligadamente a una les ha atribuido un efecto tumoríge- medida preventiva. Va decantando su no de los órganos infectados, por ejem- significado hacia cualquier procediplo, el VHC y el hígado, HP y el estó- miento que inste o pergeñe respuesmago, el PVH y los órganos genitales, tas inmunitarias buscadas, con indeel VHS y el útero. Por tanto, amén de pendencia de que se evite así una curar la infección crónica, disminui- infección o se modifique el curso de ría con la vacuna el riesgo de tumo- una enfermedad contraída. ración. La ingeniería biológica proporcioLo que se pretende en e l caso de las na posibilidades ilimitadas para el enfermedades autoinmunitarias o de desarrollo de nuevas vacunas, amlas alergias es suprimir la respuesta pliando así el campo de acción de la inmunitaria patógena. Se supone que vacunación. el curso de las enfermedades autoinmunitarias puede modificarse por supresión de las células patógenas (normalmente Th1-CD4+ o CTL-CD8+, células T ) o por alteración de su funBIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA ción efectora. Cabe suponer que el MEDICAL MICROBIOLOGY . Dirigido por cambio de la función efectora de las Mins,Playfair,Roitt, Wakeliny Williams, células Th1 en células Th2 comportaMosby, 1993. rá la resolución de la inflamación cróCELLULAR AND MOLECULAR IMMUNOLOnica que se produce en los lugares de GY. Dirigido por A. K. Abbas, A. H. Lienfermedad autoinmunitaria. Lo conchtman, J. S. Pober. W. B. Saunders trario ocurriría en las alergias, en las Company, 1994. que el cambio de la función efectora BACTERIAL PATHOGENESIS : A MOLECULAR APPROACH. Dirigido por A. A. Salyers y de las células Th2 alérgicas en céluD. D. Whitt, ASM Press, Washington, D. las Th1 podría acarrear el alivio de C., 1994. las reacciones alérgicas. En resumen, el término vacunación

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TEMAS 25

¿Sobreviviremos? Avrion Mitchison

Dado que huésped y microorganismo patógeno evolucionan a la par, ¿conservará el sistema inmunitario su predominio?

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a especie humana ha existido cimiento de la población y las megaen una forma muy parecida a ciudades han aumentado muchísimo la actual durante unos 200.000 la facilidad con que las personas queaños. A lo largo de este tiempo cabe dan expuestas a la acción de los pasuponer que el sistema inmunitario tógenos. Por su parte, los microbios ha desempeñado un papel decisivo en no se han dormido sobre sus laureles: nuestra capacidad de resistir la expo- continuamente están apareciendo sición a parásitos, bacterias, virus, otros nuevos. Existe hoy un virus que toxinas y otros factores de riesgo que ataca a las defensas mismas de las se hacen fuertes por interacción con que dependemos para sobrevivir: el la bioquímica de nuestro organismo. virus de la inmunodeficiencia humaDebe advertirse que esta relación ha na (VIH). sido mutua y permanente, en la que los dos bandos han ido adaptándose a bacteria Legionella , la espiropor medios muy diversos, desde la queta de la enfermedad de Lyme guerra declarada hasta la acomoda- y el virus de la fiebre del valle del Rift ción e incluso la simbiosis. A medida son otros ejemplos de la capacidad de que la relación ha seguido su curso, la naturaleza para poner radicalmenni nosotros ni nuestros cohabitantes te en jaque a nuestro sistema inmunos hemos estancado, hablando en nitario. Hasta los viejos gérmenes patérminos evolutivos. Tan larga carrera tógenos se inventan nuevas mañas: debería por sí sola darnos confianza ciertas cepas, evolucionadas y drogoen que nuestra especie seguirá sobre- rresistentes, del bacilo de la tubercu viviendo, al menos en lo que se refie- losis hacen estragos en centros urbare al mundo microbiano. Pero tal op- nos industriales. ¿Terminarán esas timismo podría convertirse fácilmente tendencias con el confortable punto en tonadilla silbada al atravesar un muerto al que se había llegado? ¿Secementerio, como si no fuera con no- guirán coexistiendo Homo sapiens y sotros. microbios, o se alzará un bando con La sombra de duda la han traído la victoria? Una parte importante de la resciertos cambios operados en aspectos clave de las condiciones de vida de la puesta a esta pregunta la encontrahumanidad. Nuestro sistema inmu- mos en la historia evolutiva del sisnitario se enfrenta hoy a desafíos más tema inmunitario. Hemos de volver terribles que nunca. Durante quizás la vista atrás algunos cientos de miun siglo —intervalo insignificante en llones de años, hasta la época en que una perspectiva evolutiva— alrede- los primeros vertebrados evolucionador del 20 por ciento de la humanidad ron a partir de sus antepasados inha vivido en la moderna sociedad invertebrados, pues fue entonces cuan dustrial, un entorno artificial que he- do apareció el sistema inmunitario. mos construido, notablemente libre La investigación descubre un hecho de los parásitos y gérmenes patóge- significativo: se ha recurrido siempre nos que desencadenan la respuesta de nuestro sistema inmunitario. ¡Pues 1. UN RETO al sistema inmunitario lo muy bien! se dirá acaso. Sin embar- representan el rápido aumento de la go, conviene preguntarse por el efec- población humana, la aglomeración en to de subempleo que semejante pro- megaciudades (la foto recoge una instantánea de un andén de una estación greso haya tenido sobre nuestras de cercanías londinense) y la existencia defensas. de medios de transporte muy desarroPuede que el sistema inmunitario llados y veloces. Estos factores están no disfrute ya del lujo de nuestra épo- cambiando nuestra relación con los vica. El transporte aéreo, el mayor cre- rus, las bacterias y los parásitos.

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TEMAS 25

al sistema inmunitario con el fin exclusivo de defender el organismo contra la infección. Ningún otro factor externo lo configuró. Esta observación vienen hoy a confirmarla esos experimentos de la naturaleza, rarísimos, en los que nacen niños con un sistema inmunitario disfuncional por culpa de la mutación de un gen decisivo. Si no reciben el tratamiento adecuado, morirán de alguna infección. Sólo pueden sobrevivir en el ambiente estéril de la burbuja, una cámara

aislante. El mismo experimento natural demuestra que la protección contra el crecimiento aberrante dentro del huésped no afecta al desarrollo del sistema inmunitario. En los bebés burbuja y en sus correlatos animales —ratones con un defecto congénito del timo, por ejemplo— no se da una alta incidencia de la mayoría de los tipos de cáncer. Estos experimentos naturales descartan otras dos funciones que se habían esgrimido. Algunos investigadores han propuesto que el sistema

inmunitario estimula la formación de glóbulos rojos. Sin embargo, los partícipes del experimento natural siguen produciendo cantidades normales de eritrocitos. Otros estudiosos han sugerido que el sistema inmunitario puede evitar ciertas formas de esterilidad defendiéndose contra los efectos de los leucocitos paternos. Pero ocurre que los ratones con un defecto congénito del timo se reproducen perfectamente si se los mantiene en un ambiente semiestéril. Estos hallazgos no significan nece-

sariamente que resulte imposible conseguir que el sistema inmunitario ataque a las células cancerosas o facilite la reproducción. Pero hay que ser realistas: costará bastante inducirle a que lleve a cabo tareas a las que no se ha ido acostumbrando en el curso de la evolución.

A

demás de la unicidad de su misión, la consideración de la historia del sistema inmunitario nos re vela un segu ndo rasgo principal: al parecer, este sistema ha evolucionado siguiendo un proceso de elaboración. Se ha hecho con ese poder protector mediante la incorporación de diversas defensas que existían en los invertebrados. No se limitó a desechar aquellos mecanismos y sustituirlos por algo mejor. Entre los sistemas perfectamente operativos que protegen a los invertebrados se cuentan los fagocitos deambulantes y las proteínas que flotan libres en los fluidos corporales; ambos pueden adherirse a las bacterias invasoras. Estas defensas están capacitadas para cumplir la mayoría de las funciones de un sistema inmunitario maduro, si exceptuamos la de establecer una respuesta reforzada contra invasores conocidos de antemano. Las defensas ancestrales carecen de memoria específica, nota distintiva de un sistema inmunitario propiamente dicho. Habiendo evolucionado en presencia de esas defensas no adaptativas, y remotas en su origen, el sistema inmunitario incorpora algunos elementos de éstas para sus propios fines. No es concesión a la fantasía el remontarse hasta aquellas formas ancestrales para descubrir el origen del sistema del complemento o de las células presentadoras de antígenos. Se encuentran moléculas tan antiguas como los receptores del complemento en los linfocitos modernos. Nuestros macrófagos lucen moléculas del comple jo principa l de hist ocompatibilida d (MHC), estructuras que proceden de las células fagocíticas de los invertebrados. El sistema inmunitario parece haber creado su capacidad de reconocer los antígenos y organizar ataques contra ellos evolucionando desde proteínas defensivas “mudas” (las del complemento) e incorporándolas. El sistema nervioso siguió un curso evolutivo muy similar. Se hizo más enre vesado, a buen seguro, para llevar a cabo funciones de mayor complejidad. Así, su porción más antigua, el tallo cerebral, interviene en las funciones automáticas, como el latido y la res-

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2. LA RAPIDA DIFUSION DE LA ENFERMEDAD mediante los viajes aéreos y otras modalidades de transporte es un hecho de la vida contemporánea. Graves y a veces mortíferas enfermedades infecciosas, como las causadas por diversas cepas del

piración; el cerebelo rige los movimientos motores complejos, mientras que el cerebro funciona como la sede de la consciencia, interviene en la percepción y coordina todo el conjunto. La semejanza entre los dos sistemas se extiende a la estructura y a la función. En la levadura, organismo antiquísimo, se reconoce ya un citoesqueleto constituido por una disposición característica de proteínas especializadas. El citoesqueleto no se limita a servir de sostén pasivo de la estructura celular; en el caso de nuestras neuronas, por ejemplo, es la maquinaria que mueve, desde el interior celular hasta la sinapsis, las vesículas portadoras de los transmisores; en el caso del sistema inmunitario, las

células presentadoras de antígenos acuden a un método similar para ingerir el material foráneo, fragmentarlo y presentar sus componentes esenciales al mundo exterior. Por desgracia, nos es imposible rastrear la mayoría de los pasos que fue dando en su evolución el sistema inmunitario. Casi todos los avances decisivos acontecieron, tal parece, en una fase muy primitiva de la evolución de los vertebrados, estadio que se halla escasamente representado en el registro fósil y del cual sobreviven pocas especies. Hasta los vertebrados más primitivos de los hoy existentes parecen reordenar sus genes codificantes de los receptores de antígenos y poseer células T y B distintas, así

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ne en juego moléculas similares a las de las superfamilias de la inmunoglobulina, si bien no poseen función inmunitaria; se trata de moléculas de adhesión celular que dirigen el crecimiento de las neuronas en las lar vas. Ciertas moléculas de interés inmunitario son aún más antiguas. Fijémonos en las bacterias, que poseen proteínas transportadoras homólogas a las que nuestras propias células emplean para acarrear péptidos hasta las moléculas de MHC. Una vez aquí, las proteínas cargan los péptidos en el surco de presentación del antígeno. El rasgo más notorio del sistema inmunitario es que sus proteínas se han diversificado y especializado hasta un punto sin precedentes, excepto en el sistema nervioso. Son contadas las moléculas del sistema inmunitario realmente nuevas. La selección natural —o, para decirlo con Francis Crick, el “hojalatero”— necesita sólo un número limitado de piezas para su labor componedora. La investigación sobre el sistema inmunitario de los peces y los anfibios acaba de descubrir otro interesante superviviente. Estos vertebrados de sangre fría tienen sistemas inmunitarios que responden con pausada lentitud, equipados con receptores de antígenos poco diversificados; por botón de muestra, el renacuajo de la rana común sólo produce unas 100 moléculas de anticuerpo diferentes. Por otro lado, las ranas tienen unos potentes péptidos defensivos, las magaininas, que perforan las paredes de las células bacterianas. Moléculas que funcionan igual que las magaininas, tales como las escualaminas de los tivirus de la gripe, el sida y nuevos brotes farmacorresistentes de la tuberculosis se burones y las cecropinas sintetizadas expanden con rapidez por todo el mundo, pasando con frecuencia de los países por los insectos (y quizá por otras musubdesarrollados a los industrializados. chas especies), se han encontrado en todo el reino animal... incluso en criaturas de sangre caliente. como moléculas de MHC. Así pues, el dos que estarían capacitados para re A medida que el sistema inmunitasistema inmunitario surgió con todos combinarse. Hasta los humanos rio fue ganando en importancia y sus pertrechos. Es una pena que ha- conservan en un rincón de su sistema complejidad, sufrió una serie de reorya persistido un número tan exiguo inmunitario algo de la disposición pri- ganizaciones internas con transacciode experimentos evolutivos de la tran- mitiva: los genes que controlan la sín- nes e intercambios de diverso tipo. El sición hacia el mundo vertebrado. tesis de la cadena ligera lambda de hecho de que los recursos metabólicos Sólo en el caso de las inmunoglobu- las inmunoglobulinas, una forma de de un organismo sean limitados oblilinas podemos discernir bastantes la cual consta de sólo dos miembros. ga a esas operaciones de economía. vestigios de una secuencia evolutiva. La inversión en sistemas efectores, fiSegún cabe presumir, el primer sisas moléculas de inmunoglobulina, lo cortante con el que células asesitema constaría exclusivamente de un las proteínas más características nas y anticuerpos guillotinan virus y gen productor de inmunoglobulina. del sistema inmunitario, se combinan bacterias, ha de equilibrarse con la Este se reprodujo rápidamente, esta- con el antígeno para señalar su pre- inversión en sistemas reguladores nebleciendo una serie de duplicados, ca- sencia a otros leucocitos o para ini- cesarios para mantener bajo control da uno de los cuales formaría una mo- ciar las destructivas reacciones en ca- la empresa entera. Así, en el sistema lécula diferente de inmunoglobulina. d e n a d e l c o m p l e m e n t o . T a l e s inmunitario humano abundan más Emergerían después los mecanismos proteínas pueden estar agrupadas en las células T reguladoras, o CD4, que de control que pudieron dirigir la pro- superfamilias. Se ha observado que las células de cualquier otra clase. ducción de segmentos génicos separa- la mosca de la fruta, Drosophila , poLo mismo que en un contexto eto-

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lógico, resulta aquí inevitable apelar al lenguaje del mercado libre. Los inmunólogos seguirán los pasos de quienes dedicaron buena parte de su tiempo a valorar la inversión de los ciervos en cornamentas o la venta ja net a que obt ien e el col ibr í de su búsqueda de flores jóvenes. ¡Qué perfecta imagen en miniatura

del mercado la que ofrecen los ganglios linfáticos y el bazo! En los centros germinales de esos órganos, las células B en transformación compiten furiosamente entre sí por la menguada cantidad de antígeno que les es necesaria para sobrevivir. Las ganadoras tienen asegurada la recompensa de la replicación masiva.

3. NUMERO OPTIMO de tipos de MHC. La cifra depende de que haya un equi librio entre la necesidad de responder a grandes cantidades, quizá muchos millones, de microorganismos invasores y la necesidad de evitar la autoinmunid ad. La observación, así como las simulaciones hechas con ordenador, al estilo de las realizadas por Philip E. Seiden, de IBM, de quien proviene la gráfica superior, muestran que el número óptimo de tipos de MHC está entre 4 y 8. La ilustración de abajo enseña cómo la molécula MHC presenta el antígeno a las células T coadyuvantes. El proceso comienza cuando un macrófago se encuentra con un antígeno (1). El macrófago atrae el antígeno y se lo traga ( 2, 3). Una vez ingerido, la célula lo degrada y lo combina con una molécula de MHC ( 4). El macrófago expone el compuesto antígenomolécula de MHC en su membrana externa (abajo, a la derecha), donde puede ser descubierto por una célula T ; ésta alerta entonces a las células B para que sinteticen anticuerpos que movilicen otros componentes del sistema inmunitario.

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Las células que no encuentran antígeno sucumben. Donde la naturaleza deja de suministrar pruebas que respalden las in vestigaciones sobre la evolución, los inmunólogos han tomado en préstamo un instrumento de los economistas: la creación de modelos por ordenador. Franco Celada, del Hospital Metropolitano de Enfermedades Articulares de Nueva York, y Philip E. Seiden, del Centro de Investigaciones Thomas J. Watson de IBM, han ideado un autómata celular que remeda los episodios celulares que se suceden en el seno del sistema inmunitario. Conjuntos de células T , células B y células presentadoras de antígeno, simuladas y convenientemente dotadas de receptores y moléculas de MHC, se exponen (en sentido figurado) a la presencia de antígeno, y se les deja interactuar. El autómata responde bien a la estimulación antigénica, organizando respuestas primarias y secundarias fáciles de reconocer. Se obtienen resultados más interesantes cuando se le plantean cuestiones de mayor calado; por ejemplo: ¿cuál es la cuantía óptima de tipos de MHC por individuo? El programa contesta haciendo un balance entre la ventaja que constituye el poder presentar cada vez más péptido y la desventaja que representa el suprimir un número creciente de células del repertorio de las T . Recuérdese que, además de presentar el antígeno, la molécula de MHC identifica el tejido como propio. Por tanto, un aumento de moléculas de MHC significa un crecimiento de la cantidad de autoantígenos; lo que exige, en consecuencia, que se suprima el número correspondiente de células T para evitar la autoinmunidad. Además, la merma en tipos de MHC reduce en última instancia la flexibilidad de la respuesta ante microorganismos invasores. Tras algunas operaciones, el modelo nos da una cifra comprendida entre cuatro y ocho, en buena coherencia con la observación. Aunque no sea el primer modelo matemático ideado sobre el sistema inmunitario, sí es, con mucho, el recurso más manejable y atractivo de cuantos se han desarrollado para explorar estos temas evolutivos. Su prueba de fuego vendrá cuando intente dar respuesta a cuestiones cuya solución aún se desconoce. Un problema afín tiene que ver con el surco de presentación del antígeno de las moléculas de MHC. ¿Por qué admite esa hendidura una secuencia

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Agendas: compartidas y sin compartir

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e acuerdo con Richard Dawkins, de la Universidad de Oxford, la relación entre el microorganismo patógeno y su anfitrión va de la absoluta compatibilidad a la total divergencia, a tenor de la fracción de agenda para la supervivencia que compartan. Cuando el genoma de un patógeno viaja en los gametos de su hospedador, participan ambos del mismo proyecto y así "acuerdan" que el anfitrión se mantenga sano y apto para la reproducción. Los game-

de exactamente nueve aminoácidos? Un bioquímico poco avisado diría que ese tamaño es un puro accidente de la geometría de la molécula de MHC. Un biólogo evolucionista algo más perspicaz no se contentaría con esa salida. Aduciría, en cambio, que la longitud del surco tal vez refleje un equilibrio de la presión de selección entre dos necesidades opuestas: la de conservar en lo posible el repertorio de células T y la de impedir a los parásitos que fabriquen proteínas invisibles para el sistema de las células T . Por ejemplo, si un surco alojase so lamente seis aminoácidos, podrían estar presentes en las proteínas propias casi todos los hexapéptidos posibles, con la consiguiente eliminación de la mayoría de las células T ; pero si el surco diera acomodo a 14 aminoácidos, los parásitos podrían evolucionar en el sentido de evitar la incorporación en sus proteínas de péptidos capaces de enlazarse.

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odemos imaginarnos a los vertebrados primitivos ensayando varias longitudes hasta dar con la que mejor encajara. Se trata, sin embargo, de una posibilidad que queda todavía fuera del alcance de los actuales modelos informáticos, pero se conseguirá sin duda en el futuro.


tos de muchas especies de mamíferos, incluido el mapache, portan un importante complemento de tales genes víricos, benignos y útiles. La relación entre el virus de la rabia y su hospedador ilustra el efecto opuesto. El virus, que se propaga a través de la saliva, tiene poco interés por la supervivencia de su hospedador. La tendencia histórica de las relaciones entre los humanos y sus patógenos ha sido —cree el autor— hacia la agenda compartida.

¿Cómo conciliar esta apremiante necesidad de economía, economía lograda de hecho ya en muchos aspectos, con otros caracteres manifiestamente despilfarradores del sistema inmunitario? Los leucocitos, pongamos por caso, se agrupan en varias clases repetidas, dotada cada una de un armamentario bastante completo de receptores antigénicos. Podemos aventurar, sin disparatar, que la ventaja de esta repetición consiste en que posibilita la especialización. Para habérselas debidamente con los diferentes parásitos se necesitan diferentes inmunoglobulinas; a modo de ejemplo, la IgA es la más eficaz contra las lombrices intestinales. Cada inmunoglobulina demanda su propio clon de células B. De manera similar, las células T citotóxicas proporcionan una defensa apropiada contra virus (el de la gripe, por ejemplo) y contra bacterias intracelulares (así, Listeria ). Y la división tajante en células T y células B refleja, al menos en parte, la ventaja de dar a las primeras la responsabilidad de la autotolerancia y permitir con ello a las segundas prestarse a la hipermutación. No resultaría nunca combinarlas unas con otras. Imagínese a las células T de una población exoneradas de células autorreactivas

en el timo (lo que de hecho ocurre) y generando entonces aquéllas, por hipermutación, nuevos receptores (algo privativo de las células B): ¡acabaría eso en una pérfida autoinmunidad! Podemos ya empezar a enhebrar algunas soluciones a la cuestión planteada. Me gustaría hacerlo despejando un posible malentendido. La explicación que de la evolución del sistema inmunitario he dado hasta aquí podría inducir a pensar que, en buena parte, el proceso se cerró hace mucho. La verdad es muy otra. Puede asegurarse casi con toda certeza que el sistema inmunitario humano evoluciona actualmente de una generación a otra con una celeridad sin precedentes. Gran parte de este cambio afecta a los genes polimórficos, genes que expresan muchas formas distintas de la misma molécula de MHC o anticuerpo. Nuestro sistema inmunitario es intensamente polimórfico, mucho más que cualquier otra parte de nuestro organismo. Estas moléculas varían de un individuo a otro hasta tal punto que una determinada combinación difícilmente aparece duplicada. Este estado de cosas refleja la multiplicación de nuestros parásitos, que se reproducen mucho más rápidamente que nosotros y pueden, por ello, evolucionar más deprisa.

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En cuanto a otras formas de polimorfismo, por ejemplo el cromatismo alar de las mariposas, tal diversidad viene verosímilm ente soste nida por la selección en favor de los heterocigotos; con este nombre se designan los individuos que poseen copias diferentes de cada gen, en nuestro caso los genes que fomentan la variabilidad de las moléculas que se enlazan con el antígeno. Un individuo disfruta de una clara ventaja si tiene, además de los cuatro a ocho loci génicos antes mencionados, dos genes diferentes en cada locus. Esa disposición eleva al máximo las posibilidades de engarzarse a un péptido, por lo menos, de cada proteína vírica o bacteriana.

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l polimorfismo del MHC reviste mayor complejidad y encierra mayor interés que la simple selección en favor de respuestas inmunitarias frente a los parásitos. Acontece también el fenómeno contrario: un proceso vigoroso crea con toda probabilidad una rica variedad de genes cuyos productos suprimen la respuesta inmunitaria. Esos genes se encargan de amortiguar una reacción inmunitaria que dañe directamente al cuerpo en el transcurso de la respuesta ante un microorganismo patógeno. Donde mejor puede verse el equilibrio entre los dos tipos de control

es en la lepra, enfermedad que afli- una medida de protección contra las ge a más de un millón de personas enfermedades de autoinmunidad y en las regiones tropicales. Desapare- los trastornos alérgicos. El equipo de ció de Europa hace escasos siglos y Donald J. Capra, del Hospital Clínipor causas desconocidas. Los sujetos co de la Universidad de Texas en Dainfectados con la bacteria de la lepra llas, dirigió un extenso estudio de responden de distintos modos. Tore diabéticos insulinodependientes que Godal, de la Organización Mundial respondieron a una llamada de la rade la Salud, halló que la mayoría de dio local. Hallaron en su muestra los pacientes se liberan de la infec- muchos menos genes de MHC de ción y sólo les quedan vestigios de cierto tipo (HLA-DQw 1.2) que los reactividad en su sistema inmunita- que habría sido de espera r por su frerio. Otros adquieren una infección cuencia en los individuos sanos de “tuberculoide”, en la que el cuerpo control. Presumiblemente, tales geincoa una respuesta de células T vi- nes anulan la respuesta inmunitaria gorosa, aunque sólo parcialmente efi- que destruye las células beta del caz. Los de un tercer grupo desarro- páncreas humano. Se han comproballan una condición “lepromatosa”, en do observaciones parecidas con otros la que se anula la respuesta de célu- genes HLA en la artritis reumatoide las T . La piel se llena de bacterias y la vasculitis. infecciosas, pero la vida puede proNo parece que el efecto protector seguir con relativa normalidad. En baste para explicar la supervivencia los casos en que la respuesta no se de esos genes. (Se trata de trastornos ha suprimido del todo, la inmunopa- raros y que afligen principalmente a tología tiende a manifestarse. El una población de edad avanzada.) Peequipo de René de Vries, del Hospi- ro sí despiertan éstos el interés de los tal Universitario de Leiden, ha de- investigadores. En el Centro de Inmostrado con solidez que los genes vestigación sobre el Reuma de Berlín del MHC, sobre todo, ejercen el con- creemos que la protección viene gatrol del espectro de respuestas. rantizada por citocinas inhibidoras Sin duda, la mayoría de estos ge- tales como el factor de crecimiento benes inmunodepresores sobreviven en ta transformador. Indagamos tratalas sociedades industriales como re- mientos que remeden tales efectos geliquias de infecciones crónicas del es- néticos. Hemos adoptado ese enfoque tilo de la lepra. Con ello nos propor- influidos por los trabajos innovadores cionan (bien que accidentalmente) de Howard L. Weiner, de la Univer-

4. LA LEPRA, enfermedad que ya no es endémica en Europa, manifiesta un rango de patologías que es el resultado de la capacidad del sistema inmunitario de autosuspenderse cuando existe el riesgo de que una respuesta suya perjudique al propio individuo. En el paciente de la izquierda se han expresado genes que han conducido a una falta de respuesta eficaz. En consecuencia, el bacilo de la lepra se multiplica y congre-

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ga en las ampollas llenas de líquido que resaltan sobre la piel. En el paciente del centro, una eficaz respuesta inmunitaria ha motivado que sólo aparezca una lesión bajo el cuero cabelludo. La mano de la derecha pertenece a un paciente en el que se organizó una vigorosa defensa inmunitaria, aunque no se eliminaron todas las bacterias. En estos casos i ntermedios, la respuesta inmunitaria daña los tejidos.

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5. LA ESTRATEGIA TERAPEUTICA para tratar la artritis reumatoide parte de una maniobra defensiva que el virus de la viruela efectúa contra la inflamación. Iníciase una respuesta inflamatoria cuando un mensajero molecular que circula entre células del sistema inmunitario, el llamado factor de la necrosis tumoral (FNT), se incrusta en su receptor (a). Para bloquear la respuesta inflamatoria, los virus alojados en las células que serían destruidas por la reacción inducen la síntesis de receptores señuelos (b). Estos se acoplan con el FNT antes de que el mensajero pueda contactar con una célula del sistema inmunitario, respuesta que ha inspirado a los investigadores de la Immunex Corporation de Seattle una terapia para la artritis reumatoide, enfermedad causada por i nflamación. Immunex está desarrollando un FNT señuelo constituido por dos receptores artificiales acoplados a un fragmento de anticuerpo. Razonan que ese compuesto en Y competirá eficazmente por las moléculas de FNT, abortando con ello la respuesta inflamatoria autoinmune (c). Los primeros resultados han sido satisfactorios (derecha). El receptor artificial FNTRs:Fc inhibe la respuesta en células cultivadas a concentraciones muy inferiores a aquellas en que lo hacen otros receptores de FNT, en cuya función se realizó el ensayo.

sidad de Harvard, sobre la esclerosis múltiple.

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a evolución de los mecanismos inmunodepresores no es más que un ejemplo del condicionamiento recíproco entre hospedadores y parásitos en su desarrollo a lo largo del tiempo; pero hay otros muchos casos. A decir verdad, cuanto más ahondamos en el conocimiento de las moléculas del sistema inmunitario, más nos sorprenden tales adaptaciones. Ciertos virus utilizan moléculas del sistema inmunitario para lograr el acceso a las células hospedadoras. Esa misma habilidad explotadora que distingue a los gérmenes patógenos puede ser en ocasiones explotada por la especie humana. El grupo de John P. Tite, de los laboratorios Wellcome, ha definido una secuencia de la invasina bacteriana, una proteína que facilita la invasión del tejido hospedador. La secuencia se une a integrina, proteína de la superficie de la célula hospedante. El equipo de Tite espera utilizar esta información para construir moléculas que bloqueen la invasina. El descubrimiento de que ciertos virus sintetizan proteínas de unión a citocinas ha intrigado a los científicos de la Immunex Corpora-


tion de Seattle. Las proteínas en cuestión refuerzan la virulencia inhibiendo, presumiblemente, la respuesta inmunitaria. Los expertos de Immunex están construyendo proteínas similares con el fin de controlar la artritis reumatoide, una enfermedad autoinmunitaria. En el otro extremo del espectro, numerosas secuencias de ADN vírico han logrado integrarse en el genoma humano y nunca se expresan (la mayoría de las variedades del color del pelaje de los hámsters, tan apreciados por algunos, resultan del bloqueo génico operado por esas secuencias víricas). Las secuencias pueden también emplearse con fines que nada tienen que ver con la replicación vírica; en este sentido, ciertos genes víricos que determinan superantígenos endógenos se han conservado en el genoma del ratón. Desde allí, eliminan los productos de otros genes denominados genes V, que rigen la síntesis de proteínas constituidas en sitios de anclaje para los superantígenos bacterianos. Podemos empezar a verle un sentido a esta coevolución si introducimos el principio de la “agenda compartida”, de Richard Dawkins. El ADN de un virus endógeno latente tiene las

mismas necesidades que el ADN de su hospedador: ambos comparten el mismo plan de acción. No ocurre así con el virus que, tras breve período de latencia, mata a su huésped; se comparte en este caso muy poca agenda. Habría que añadir que la latencia completa (la incorporación en el ADN del anfitrión) es fenómeno desacostumbrado, pues la mayoría de los virus no sintetizan retrotranscriptasa, la enzima necesaria para la incorporación. La exigencia de transmisión que lleva el parásito tiende a reforzar los planes compartidos, y sin apenas excepciones ésa ha sido la dirección seguida por el curso evolutivo. Sólo las formas de infección nuevas, así los virus de reciente transmisión desde otras especies, traen consigo su propio proyecto. Rara vez, si alguna, le compensa a un parásito matar a su anfitrión, realidad ésta a la que deberíamos estar profundamente agradecidos. ¿Podemos confiar en que este vivir y dejar vivir, largamente mantenido, persista en el mundo moderno? Nunca hubo tantas facilidades para mezclar hospedadores y parásitos carentes de experiencia recíproca anterior. Cada decenio incrementan la pobla-

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lución. Todas las estructuras actuales estuvieron ya prefiguradas en formas de vida precedentes. Y no hay señal de que vayan a emerger ab ovo estructuras nuevas.

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6. NUEVA CEPA desencadenante de tuberculosis. De extraordinaria virulencia, se muestra resistente también a la acción farmacológica. Estas formas alteradas de los microorganismos patógenos tradicionales, y de gérmenes nuevos (por ejemplo, el virus de la inmunodeficiencia humana, o VIH agente del sida, y la Legionella causante de la “enfermedad del legionario”), ponen en un aprieto al sistema inmunitario humano, si no lo arruinan.

ción mundial unos mil millones de seres humanos. Muchos de ellos se apiñan en megaciudades de los países en vías de desarrollo. El avión facilita el movimiento de millones de personas alrededor del globo. El pasado reciente nos ilustra sobre lo que puede suceder cuando las personas se topan con un germen patógeno del que ni la evolución humana ni su sistema inmunitario les protegen; lo recoge gráficamente una vieja canción referida al paludismo:

be de que las epidemias de gripe, que azotan el mundo entero, tienen idéntico origen; podrían iniciarse cuando una nueva variedad del virus salta una barrera interespecífica para propagarse, con los viajeros, por doquier. Au nq ue nu es tr a de st re za pa ra manipular el sistema inmunitario se refina día a día, la mejor defensa natural contra la mayoría de los gérmenes patógenos nuevos y viejos reside en el polimorfismo del sistema inmunitario, que contrarresta la “¡Golfo de Benín, golfo de Benín, ven taja de que disf rutan los gérmecuán pocos salen nes patógenos gracias a su capacide tantos llegados aquí!” dad para evolucionar rápidamente. Los cruces y promiscuidad de los si- Debemos la supervivencia de nuesglos de comunicaciones marítimas tra especie a la e norme variabilidad constituyen una segunda razón por la del sistema. que el sistema inmunitario debe es¿Cabría contar con una ulterior elatar cambiando con especial celeridad. boración de la estructura del sistema Robert C. Gallo, del Instituto Nacio- u otras defensas radicales? ¿Podrían nal del Cáncer, ha defendido convin- los mecanismos de control alcanzar centemente que el VIH puede hundir un nivel de complejidad mayor que sus raíces en un complicado paso, de los mejorase cualitativamente? No; no simios a humanos, de dicho virus de hemos de confiar en una estrategia de la inmunodeficiencia. Poca duda ca- defensa que siguiera semejante evo-

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os crecientes niveles de vida y la consiguiente reducción del impacto de las infecciones sobre la selección natural constituirán las principales fuerzas determinantes del cambio rápido. Ante el reto que nos plantean los organismos con su vari abilida d pe rman ent e, es probable que asistamos, en respuesta, a la modificación de la frecuencia relativa de genes polimórficos como los del MHC. Con el tiempo, se producirá una amplia sustitución de genes. El aislamiento respecto a la gama entera de los microorganismos patógenos también nos permite conservar la reserva de variabilidad genética que es nuestra defensa principal. A la espera de su empleo, los polimorfismos siempre están disponibles. Se trata de adaptaciones para ajustar mejor el sistema a misiones cambiantes en el mundo moderno. Esas adaptaciones serán en conjunto beneficiosas, nadie lo duda, por más que ignoremos su naturaleza. Resulta presumible que la pérdida de genes deletéreos se deje sentir más que la adquisición de otros beneficiosos. Hasta es posible que los genes determinantes del MHC que confieren sensibilidad a la artritis reumatoide o a la esclerosis múltiple vayan desapareciendo gradualmente. Este proceso tendría poco que ver con cualquier efecto evolutivo que las enfermedades pudiesen producir —al fin y al cabo afligen a individuos de edad avanzada que contaron con la oportunidad de reproducirse. Es más probable que ocurra por haber sido eliminadas las infecciones que promo vieron la selección en pro de la pervi vencia de e sos genes. Desde la perspectiva de la sociedad industrial, los genes parecen perjudiciales, aunque prestaron un innegable servicio a nuestros antepasados flagelados por las infecciones. Sabemos muy poco sobre qué genes determinantes del MHC son los necesarios en una u otra infección. En consecuencia, toda predicción en este asunto resulta aventurada. Al comienzo de la Ilíada , atribuye Homero la peste que azota a los aqueos a las flechas disparadas por el enojado Apolo. ¡Ojalá que éste pudie ra informarnos del efecto del MHC sobre los blancos elegidos por el protector de la medicina!

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Esta tendencia general hacia una menor selección de los genes que confieren resistencia a las infecciones encierra obvios peligros. A medida que debilitemos nuestras defensas genéticas contra las infecciones de antaño, aumentaremos casi con certeza nuestra sensibilidad a las nuevas. Sírvanos de consuelo saber que la evolución procede con lentitud, sacando el máximo provecho de los pros por encima de los contras a lo largo de muchas generaciones, sin olvidar, empero, que la evolución humana se mueve ahora más deprisa que nunca. Contrasta esta tendencia más notoria con lo que sucede a propósito de otras fuerzas evolutivas, que parecen ejercer un efecto bastante menor. La progresiva y mejor preparación para rastrear el curso de los genes nocivos que mencionábamos al comienzo de este artículo, que nos permite eliminarlos (en detecciones selectivas y con el cumplimiento del consejo genético por parte de las parejas), dejará sentir su efecto en las familias más que en el conjunto de la especie. Están ya en perspectiva las vacunas anticonceptivas, como las basadas en la hormona del embarazo, la gonadotropina coriónica. El grupo de G. Pran, del Instituto Nacional de Inmunología de Delhi, ha demostrado la eficacia de esta forma de anticoncepción, pero sólo en mu jeres que den la debida respuesta inmunitaria. La información genética empleada de modo apropiado puede convertirse en un medio mucho más potente. Cuanto mejor dominemos el curso seguido por los factores genéticos destructivos, mejor situados estaremos para desbaratarlos. Tomemos como ejemplo la artritis reumatoide: los estudios realizados entre hermanos gemelos sugieren que los factores genéticos aportan hasta un tercio de la sensibilidad a esa patología, amén de atribuir un papel predominante, dentro de esos factores, al complejo principal de histocompatibilidad.

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n la diabetes la situación es similar. Podemos empezar a descubrir el “tipo” sensible. Con los años, llegaremos a trazar con mayor exactitud el perfil de la sensibilidad, que incluirá por supuesto el MHC y otros genes, amén de parámetros inmunitarios como el patrón de síntesis de citocinas. Todo esto podría hacerse en favor de los individuos sanos, para que supieran en qué circunstancias sus respuestas podrían fallar o pasarse de raya, y tomaran


así sus precauciones para evitar o prever el riesgo. ¿Ha alcanzado, pues, el sistema inmunitario su cenit tras los escasos cientos de millones de años que ha tardado en desarrollarse? ¿Podrá responder en el futuro a los nuevos desafíos de la evolución? Estos interrogantes, perfectamente legítimos, carecen de una respuesta segura, por la sencilla razón de que nos hallamos ante una situación inédita, sin parangones. Aun cuando conociéramos la frecuencia con que las especies hospedadoras cayeron aniquiladas en el pasado por sus parásitos, de poco nos serviría semejante información para interpretar nuestra situación actual. Pero hay base para el optimismo. Jamás se había tenido tanto éxito en la erradicación de una enfermedad como el obtenido con el mero refuerzo de la actividad inmunitaria; estoy pensando en el caso de la viruela, hace menos de 20 años. Ni tampoco había progresado tanto la medicina ni se había empeñado con tanta firmeza contra las infecciones; estoy aludiendo a la Organización Mundial de la Salud (y, más en concreto, a sus programas de investigación especializada) y a los centros nacionales especializados como el de Atlanta en Estados Unidos o el de Majadahonda en España. Por encima de todo, sin embargo, mi confianza la deposito en las fuerzas de la microevolución, en la capacidad del polimorfismo para ir sacando de su vasto acervo defensas nuevas y, por último, en la habilidad de anfitrión y parásito para adoptar una agenda compartida.

BIBLIOGRAFIA COMPLEMENTARIA THE EVOLUTION OF A CQUIRED IMMUNITY TO PARASITES . N. A. Mitchison en Para-

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Mitchison en Immunology , volumen 1, número 3, páginas 78-80, mayo/junio de 1993.

COLABORADORES DE ESTE NUMERO Traducción: Jésus Palomeque: El mecanismo de la inmunidad y El sistema inmunitario; Joandomènec Ros: Origen de la inmunidad de los invertebrados; José Mª Valderas: Origen de la inmunidad de los vertebrados; Natalia L. Moratalla: Inmunología del embarazo; Esteban Santiago: Así protege la leche de la madre al recién nacido, El sistema inmunitario del cerebro y Implantes celulares; Federico Garrido: Inmunoterapia contra el cáncer ; Ana María Rubio: Las vacunas, medicamentos del futuro y Vacunas comestibles; José Manuel García de la Mora: ¿Sobreviviremos?

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Fuente

Niels Kaj Jerne Bunji Tagawa N. M. Green y Robin Valentine Bunji Tagawa Bunji Tagawa (arriba); Benvenuto Pernis (abajo) Benvenuto Pernis Bunji Tagawa Roberto Osti Corbis-Bettmann Tomo Narashima (dibujos); Laurie Grace Roberto Osti Roberto Osti Dimitry Schidlovsky Roberto Osti Michael Sexton, All Children’s Hospital Pour la Science K. H. Kjeldsen/S.P.L./ COSMOS Nancy Kedersha/S.P.L./ COSMOS Dana Burns-Pizer Dana Burns-Pizer; fuente: Jiri Mestecky Dana Burns-Pizer Dana Burns-Pizer (dibujos); Wolfgang J. Streit (micrografías) Cortesía de William Feindel, Archivo Penfield Haruhiko Akiyama, Instituto de Psiquiatría de Tokio Roberto Osti Cytotherapeutics Circe Biomedical ( fotografía); Sam Ogdem (detalle); Roberto Osti (dibujo) Sam Ogdem ( fotografías); Laurie Grace (siluetas); Dispositivos cortesía de Patrick Aebischer (microcápsulas); Theracyte (macrocápsula superior ); Cytotherapeutics (macrocápsula inferior ); Circe Biomedical (instrumentos tubulares) Patrick Aebischer Richard Hunt Cortesía de Pilar Garin-Chesa Cortesía de Sydney Welt Jana Brenning Jennifer C. Christiansen Cortesía de Alexander Knuth Mark S. Kaminski Laura Caleca Nature Cortesía de Giorgio Corsi/ Medicine Laura Caleca David Harding/ Tony Stone Images Johnny Johnson Jana Brenning Dana Burns-Pizer Jana Brenning (dibujo); Johnny Johnson (gráfica) CNRI / SPL, Photo Researchers, Inc. Johnson & Fancher Forest McMullin Jared Schneidman Design Cortesía de Peter Beyer Jared Schneidman Design

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Vacunas comestibles

William H. R. Langridge

Algún día los niños se inmunizarán masticando patatas o plátanos modificados, sin miedo al pinchazo. Las vacunas comestibles podrán evitar además que sigan muriendo millones de personas por falta de acceso a los inmunizantes tradicionales

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as vacunas han hecho milagros en la lucha contra las enfermedades infecciosas. La viruela ha pasado al arcón de la historia, sino que correrá pronto la poliomielitis. La campaña internacional emprendida para inmunizar a todos los niños contra seis enfermedades de vastadoras consiguió llegar hasta el 80 por ciento a finales de los años no venta del pasado siglo (a mediados de los setenta apenas si abarcó el 5 por ciento) y empezó a reducirse la tasa de mortalidad de esas infecciones hasta unos tres millones. Pero tales éxitos enmascaran gra ves desproporciones en el reparto. Un 20 por ciento de los niños sigue pri vado de las seis vacunas —contra difteria, tos ferina, poliomielitis, sarampión, tétanos y tuberculosis—, lo que supone unos dos millones de muertes cada año, sobre todo en las regiones más remotas y pobres del globo. Guerras y revoluciones en muchos países subdesarrollados ponen en peligro los avances recientemente obtenidos. Millones de personas mueren de infecciones porque carecen de inmunización, ésta es poco fiable o no pueden sufragarla. La situación es preocupante y no sólo donde se sufren tales carencias, sino en el mundo entero. Las regiones donde se refugian infecciones que ya desaparecieron de otros lugares vienen a ser auténticas bombas de relo jería. Cuando los desastres ambientales o sociales socavan los sistemas sanitarios o desplazan a comunidades enteras —provocando el contacto entre portadores y gente con bajas defensas— las infecciones que ya ha-

1. ENTRE LOS ALIMENTOS que se están investigando como alternativa a las vacunas inyectables se enumeran los plátanos, las patatas, los tomates, la lechuga, el arroz, el trigo, la soja y el maíz.

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2. PLATANOS Y TOMATES cultivados en el Instituto Boyce Thompson de Investigación Vegetal adscrito a la Universidad de Cornell, modificados genéticamente para producir vacu-

nas. Los plátanos encierran especial atractivo para portar vacunas, porque abundan en los países en vías de d esarrollo, se comen crudos y son la delicia de los niños.

bían desaparecido hacía tiempo tras año. Las vacunas cultivadas in rezcan los síntomas, acción que comtornan a florecer. La internacionali- situ ahorrarían los inconvenientes lo- pete al sistema inmunitario puesto en zación de los viajes al extranjero y del gísticos y económicos del transporte alerta frente a virus y bacteri as, a los comercio facilita además que las ende las preparaciones tradicionales con que mata o debilita para limitar su fermedades aparecidas en una zona su obligada conservación a bajas tem- potencia proliferativa. puedan saltar casi instantáneamen- peraturas hasta llegar a sus lejanos Cuando el sistema inmunitario tote a otro continente. Mientras todo el puntos de distribución. Al tomarse ma a la vacuna por un cuerpo extramundo no cuente con un acceso fácil por vía oral, se prescindiría de las je- ño, se comporta como si el organismo a las vacunas, nadie podrá sentirse a ringuillas, que, costes aparte, consti- sufriera el ataque de un potente agresalvo. tuyen una fuente de infecciones si se sor. Moviliza toda su fuerza para Charles J. Arntzen intuyó a co- contaminan. erradicar y destruir al invasor apamienzos de los años noventa cómo reEl empeño de transformar la idea rente, dirigiendo su campaña contra solver muchos de los problemas que de Arntzen en realidad se halla toda- los antígenos específicos (proteínas obstaculizaban la llegada de las va- vía en sus balbuceos. Pero la investi- reconocidas como foráneas). La rescunas a los niños de los países en vía s gación realizada en los últimos diez puesta violenta se apacigua pronto, de desarrollo. Se había pronunciado años con animales y algunas pruebas pero deja centinelas; estas células con ya el llamamiento de la Organización restringidas con personas levantan “memoria” permanecen alerta, disMundial de la Salud en busca de va- una fundada esperanza en torno a la puestas a desencadenar ejércitos comcunas orales y baratas que no necesi- viabilidad de las vacunas comestibles. pletos si el patógeno entrase en el intaran refrigeración, cuando Arntzen, También parece verosímil que ciertas terior del organismo. Algunas vacunas de visita en Bangkok, observó a una vacunas comestibles puedan suprimir proporcionan una defensa que dura madre que acallaba con un plátano el la autoinmunidad, fenómeno por el toda la vida; la aplicación de otras, llanto del hijo. Los biólogos vegetales que las defensas del organismo ata- como las del cólera y el tétanos, debe habían concebido también métodos can por error a los tejidos normales repetirse de forma periódica. para introducir genes seleccionados no infectados. Entre las enfermedaLas vacunas clásicas presentan su (los planos de las proteínas) en las des autoinmunitarias que se podrían riesgo, que, aunque pequeño, no deplantas y lograr, por ende, que la es- prevenir o aliviar se encuentran la ja de ser preocupante. Los micro orpecie modificada, o “transgénica”, sin- diabetes de tipo I (la que suele detec- ganismos de la vacuna pueden reactetizara las proteínas cifradas. ¿Por tarse en la infancia), la esclerosis tivarse, provocando la enfermedad qué, pensó Arntzen, no podría servir múltiple y la artritis reumatoide. contra la que se pretendía utilizarel fruto genéticamente modificado palos. Por ese motivo los laboratorios ra portar vacunas en sus partes coprefieren las preparaciones de subumestibles, que se ingerirían cuando Con cualquier nidades, compuestas fundamentalla inoculación fuera necesaria? mente por proteínas antigénicas, seotro nombre Las ventajas serían enormes. Las paradas de los genes del agente plantas y los árboles podrían cultivarndependientemente de la vía de infeccioso. Por sí solas, las proteínas se in situ, sin excesivo coste, con los administración de las vacunas con- no causan infección. Pero las vacumétodos tradicionales del lugar. Y co- tra las enfermedades infecciosas, to- nas de subunidades son caras (en mo muchos cultivos se regeneran fá- das se proponen cebar el sistema in- parte porque se producen en cultivos cilmente, habría siempre cosecha sin munitario para que destruya en de bacterias o células animales), hay que los campesinos tuvieran que com- seguida los agentes de enfermedad, que purificarlas y deben conservarprar las semillas o las plantas año antes de que se multipliquen y apa- se refrigeradas.

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Las vacunas comestibles se pare- muchos patógenos penetran en el orcen a las preparaciones de subunida- ganismo a través de la nariz, de la des en el hecho de que hayan sido ma- boca y de otros resquicios. Las prinipuladas para que contengan los meras barreras que encuentran enantígenos, pero no los genes que po- tonces son las membranas mucosas sibilitarían la formación del patóge- que tapizan las vías respiratorias, el no entero. Arntzen ya percibió que las tubo digestivo y el tracto reproduc vacunas comestibles evidenciarí an la tor. Tales membranas constituyen el seguridad de las preparaciones de mayor obstáculo disuasor contra la subunidades, sin los inconvenientes invasión del patógeno. Si la respuesde costes de purificación y refrigera- ta inmunitaria mucosal es eficaz, geción. Pero antes de que se pudieran nera anticuerpos secretores, molécuabordar los efectos de las vacunas colas que se lanzan a las cavidades de mestibles en las personas había que esos conductos, neutralizando cualdespejar numerosas incógnitas. ¿Se quier agente infeccioso que les salga lograría transformar las plantas pa- al paso. Una reacción eficaz activa ra que portaran genes que produje- también una respuesta sistémica, en ran copias funcionales de las proteí- la que las células circulantes del sisnas especificadas? Cuando las plantas tema inmunitario contribuyen a la comestibles se administraran a los destrucción de invasores en lugares animales de experimentación, ¿se de- remotos. gradarían los antígenos en el estómaLas vacunas inyectadas orillan las go antes de ejercer el efecto buscado? membranas mucosas y apenas esti(Para evitar precisamente dicha de- mulan las respuestas inmunitarias de gradación es por lo que se adminis- las mucosas. Pero las vacunas comestran por vía parenteral las vacunas tibles entrarán en contacto con el rehabituales de subunidades.) Si los an- vestimiento del tracto digestivo. En tígenos superaran ese obstáculo, teoría, pues, activarían ambos tipos ¿atraerían la atención del sistema inde inmunidad, la mucosal y la sistémunitario? ¿Sería la respuesta lo su- mica. Doble efecto que contribuiría a ficientemente potente como para de- mejorar la protección contra muchos fender a los animales frente a la microorganismos, incluidos los cauinfección? santes de la diarrea. Había que determinar además si Quienes nos dedicamos a la inveslas vacunas comestibles promoverían tigación de las vacunas comestibles la inmunidad mucosal. Acontece que concedemos prioridad a las que com-

baten la diarrea. El conjunto de sus causas principales —virus de Norwalk, rotavirus, Vibrio cholerae (agente del cólera) y Escherichia coli enterotóxica (una fuente de la toxina productora de la “diarrea del via je ro” )— da cue nta de unos tre s millones de muertes de niños al a ño, sobre todo en los países en vías de desarrollo. Se trata de agentes infecciosos que dañan las células del intestino delgado y provocan un flu jo de agu a d esde la sangre y l os te jid os hacia el int estin o. Par a com batir la deshidratación consiguiente se administran disoluciones de electrólitos por vía oral o intravenosa. Si no se dispone de la terapia de rehidratación, la diarrea puede tornarse mortal. No existe aún ninguna vacuna práctica que prevenga dichas enfermedades y tenga amplia distribución en los países en vías de desarrollo. Hacia 1995 quedaba establecido que las plantas podían fabricar antígenos foráneos en las conformaciones adecuadas. El grupo de Arntzen había introducido en plantas del tabaco el gen de una proteína derivada del virus de la hepatitis B y logrado que las plantas sintetizaran la proteína. Cuando inyectaron el antígeno a los ratones, se activaron los mismos componentes del sistema inmunitario que entran en acción tras la invasión del

ASI SE OBTIENE UNA VACUNA COMESTIBLE Para crear vacunas comestibles podemos valernos de Agrobacterium tumefaciens , bacteria que nos permite introducir en las células vegetales los genes de antígenos bacterianos o víricos, es CELULA BACTERIANA

GEN DEL ANTIGENO

decir, de las proteínas que despiertan una respuesta inmunitaria dirigida en el receptor. El diagrama ilustra la producción de vacunas en patatas.

CELULA VEGETAL

ADN

PLASMIDO GEN DE LA RESISTENCIA CONTRA EL ANTIBIOTICO

SUSPENSION BACTERIANA

TRANSFERENCIA DEL GEN CELULA MUERTA

CALLO PATATAS CON VACUNA

MEDIO CON ANTIBIOTICO 4 1

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Corte de la hoja.

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Exposición de la hoja a la bacteria que porta el gen de un antígeno y el gen de resistencia contra un antibiótico. Se deja que la bacteria pase dichos genes a las células foliares.

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Exposición de la hoja a un antibiótico para matar las células que carecen de los genes nuevos. Esperar a que las células que sobreviven (modificadas con los genes) se multipliquen y formen un callo.

Se espera a que el callo brote y eche raíces. 5

Se planta el callo. Al cabo de unos tres meses, las plántulas se habrán convertido en adultos con patatas cargadas con los antígenos de la vacuna.

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PATATA CON VACUNA

ASI PROTEGEN LAS VACUNAS COMESTIBLES Las células M del intestino (abajo, a la izquierda ) absorben el antígeno de la vacuna comestible y lo pasan a células del sistema inmunitario, que lanza entonces un ataque defensivo, cual si el antígeno fuera un agente

ANTIGENO DE L A VACUNA

VIRUS INVASOR

ANTICUERPO

CELULA M

1 Las células M pasan el antígeno a macrófagos y células B MACROFAGO 2 Los macrófagos presentan trozos del antígeno a las células T coadyuvantes

infeccioso real y no sólo un fragmento. Esa respuesta deja células con “memoria” permanente, capaces de neutralizar cualquier agente infeccioso real que intentara una posterior invasión (derecha ).

RESPUESTA INICIAL

virus. (La hepatitis B daña al hígado y puede contribuir al desarrollo de un cáncer hepático.)

Enfoque pluridisciplinar ero el objetivo no es la inyección, sino el alimento. Los experimentos realizados por Arntzen y por mi propio grupo durante los últimos años han demostrado que las plantas de tomate y de patata pueden sintetizar antígenos del virus de Norwalk, de E. coli enterotóxica, de V. cholerae y del virus de la hepatitis B. La alimentación de los animales de experimentación con tubérculos o con frutos portadores de antígenos evoca además respuestas inmunitarias sistémicas o de mucosa que los protegen, total o parcialmente, ante la exposición subsiguiente a patógenos reales o, en el caso del V. cholerae y E. coli enterotóxica, frente a las toxinas microbianas. Las vacunas comestibles les han proporcionado cierta protección frente al virus de la rabia, a Helicobacter pylori (agente bacteriano de la úlcera de estómago) y al virus entérico del visón (que no afecta al hombre).


CELULA INFECTADA

CELULA B

4 Las células B activadas producen SECRECIONES y liberan ESTIMULANTES anticuerpos 3 Las células T capaces de reconocer estimulan a las células B y neutralizar el antígeno CELULA T y buscan antíCOADYUgenos VANTE en lugares remotos

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3 Los anticuerpos neutralizan rápidamente al invasor

CELULA B DE MEMORIA 2 Las células T coadyuvantes de memoria estimulan la secreción de anticuerpos

CELULA T CITOTOXICA 1 Las células T coadyuvantes de memoria alertan a las células T citotóxicas para que ataquen a las células infectadas

CELULA T COADYUVANTE DE MEMORIA

CUANDO APARECE UN AGENTE INFECCIOSO

No es del todo sorprendente que los cuna contra el virus de Norwalk. Hiantígenos administrados a través de lary Koprowski administró a tres vola planta persistan tras su curso por luntarios lechuga transgénica con un el estómago y alcancen y activen el antígeno de hepatitis B; dos presensistema inmunitario. La dura pared taron una buena respuesta sistémiexterna de las células vegetales sirve ca. Que las vacunas comestibles pueal parecer de armadura temporal pa- dan realmente proteger al ser humano ra los antígenos, conservándolos más contra las infecciones es, sin embaro menos a salvo de las secreciones go, una cuestión todavía por resolgástricas. Cuando esa pared termina ver. por romperse en el intestino, las células liberan gradualmente su cargaCamino pendiente mento de antígenos. La cuestión clave estriba, por supuesto, en la viabilidad de las vacun resumen, los estudios realizados con animales y con personas nas comestibles para el ser humano. Han empezado ya los ensayos clíni- proporcionan pruebas iniciales que cos. Y, pese a la fase preliminar en respaldan el enfoque. Pero quedan que se hallan, el grupo de Arntz en ha muchas cuestiones pendientes que obtenido resultados prometedores en deben abordarse. La primera es la una primera prueba con una docena escasa cantidad de vacuna que una de individuos. Voluntarios que ingi- planta produce. Tal producción purieron trozos de patatas crudas pela- diera incrementarse de varias manedas, que contenían un segmento be- ras; por ejemplo, ligando los genes de nigno de la toxina de E. co li (la antígenos con elementos reguladores subunidad B), presentaron respues- que aviven la actividad de los genes. tas inmunitarias mucosales y sisté- Una vez resuelto ese problema, hamicas en 1997. Los mismos investiga- bría que establecer qué cantidad de dores han observado posteriormente alimento con vacuna comestible proreactividad inmunitaria en 19 de 20 porciona una dosis predecible de anpersonas que comieron patata con va- tígeno.

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vantes reconocen los fragmentos como extraños, promueven que los linfocitos (células B) segreguen anticuerpos B La batalla contra la desnutrición neutralizantes y contribuyan a iniciar o sólo progresa la investigación sobre las vacunas comestibles; también un ataque más amplio sobre el enemisigue adelante la búsqueda de alimentos más nutritivos. Famoso a este go descubierto. respecto es el “arroz dorado”, con el que se pretende suplir la deficiencia en Resulta que un segmento inocuo de vitamina A que sufren numerosas zonas de Asia, de Africa y de Iberoamérica. la toxina de V. cholerae —la subuniLa carencia produce ceguera y trastornos inmunitarios, que contribuyen a la dad B— se une con facilidad a una muerte de más de un millón de niños por año. molécula sobre las células M y conduEl arroz constituye un medio óptimo para apor tar la vitamina requerida. No ce el material foráneo hasta el intese olvide que alimenta a un tercio o más de la población mundial. Pero las rior de tales células. Mediante la fuvariedades naturales carecen de vitamina A. El arroz dorado, modificado sión de antígenos procedentes de genéticamente, sinteti za betacaroteno, un pigmento que el organismo convierte otros patógenos con esta subunidad en vitamina A. podría mejorarse la ingesta de antíEl equipo dirig ido por Ingo Potrykus y Peter Beyer dio a conocer sus logros genos por las células M y potenciar la en enero de 2000. Cuatro meses después Zeneca, una empresa con intererespuesta inmunitaria frente a los anses en productos agrícolas, había comprado los derechos y acordado pertígenos añadidos. La subunidad B mitir que se donase el arroz a las instituciones que introdujeran los betatiende también a asociarse con copias carotenos en especies de arroz populares en zonas deprimidas y que se de sí misma, formando un anillo de distribuyeran los productos resultantes entre los agricultores sin cargo alguno. cinco miembros con un agujero en el (Zeneca espera sacar beneficios de las ventas del arroz mejorado a los centro de la rosquilla. Tales fenómepaíses ricos, donde es probable que interesen las propiedades antioxida ntes nos abren la puerta a la esperan za de del betacaroteno.) producir una vacuna que lleve de una Pero el arroz dorado no está todavía sola vez todo un grupo de antígenos listo para su comercialización. Quedan diversos a las células M ; se daría así pendientes muchas pruebas, incluidos cumplimiento a la apremiante necelos análisis para comprobar si el orgasidad de proteger simultáneamente y nismo humano absorbe bien el betacon una sola vacuna contra múltiples caroteno de la planta. Se espera que enfermedades. las pruebas duren hasta el año 2003 La investigación trabaja también por lo menos. en otros frentes. El crecimiento de las Mientras tanto se intenta enriquecer plantas resulta a veces pobre cuando el arroz con mayor cantidad de betase les exige producir grandes canticaroteno y con otras vitaminas y minerales. Potrykus anunció en 1999 el éxito dades de una proteína foránea. Proconseguido con el hierro. Más de 2000 blema que se acabaría si se lograra millones de personas padecen déficit dotarlas de elementos reguladores de hierro. que indujeran la activación de los geSe investiga también el refuerzo de nes de antígenos —es decir, la sínteotros alimentos. Hay datos de la creasis de los antígenos codificados— en ción de un tomate que contiene un gen las partes comestibles o en el instancapaz de triplicar la cantidad de betate deseado (una vez que el vegetal escaroteno habitual. No se minusvaloran té cerca de su maduración o cuando los métodos tradicionales de cultivo; quede expuesto a alguna molécula achay un proyecto internacional centrado tivadora externa). Se avanza en este en el incremento del contenido de vitaterreno. minas y minerales en el arroz y en otros EL “ARROZ DORADO” contiene Por si fuera poco, cada tipo de plancuatro vegetales (trigo, maíz, alubias betacaroteno, que confiere color ta presenta sus propios problemas. y propiedades nutritivas al grano. y mandioca). Las patatas son ideales por muchas razones; se multiplican fácilmente y soportan un prolongado almacenamiento sin refrigeración. Pero el tubérculo debe cocinarse para despertar el apetito, calentamiento que En segundo lugar tendría que au- nentes del sistema inmunitario que se puede desnaturalizar las proteínas. mentarse la probabilidad de que los encuentran en el forro interno del in- Por tal razón ni las patatas ni las antígenos activaran el sistema inmu- testino. Las células M captan mues- plantas de tabaco se consideraron en nitario sin que se degradaran antes tras de las sustancias que han entra- un comienzo vehículos útiles de vacuen el organismo. El uso de estimulado en el intestino delgado (incluidos nas; se estudiaron por la comodidad dores generales (adyuvantes) y una los agentes infecciosos) y las pasan a de su manipulación. Pero hay ciertas mejor dirección de la selectividad pa- otras células del sistema inmunitario, vari edades de patata que se come n ra el sistema inmunitario podrían como las células presentadoras de an- crudas en América del Sur. Y contra compensar en parte una producción tígeno. Los macrófagos y otras células lo que pudiera parecer, el tratamienbaja de antígenos. presentadoras de antígenos trituran to culinario no siempre destruye el Uno de los métodos para incremen- estas muestras y exponen los fragmen- complemento total de antígenos. Las tar la selectividad implica la unión de tos proteicos resultantes sobre la su- patatas podrían encerrar, pues, unas los antígenos con moléculas que se e n- perficie celular. Si los leucocitos de la posibilidades prácticas superiores a garcen bien en las células M , compo- sangre llamados linfocitos T coadyu- las que inicialmente cabría suponer.

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Los plátanos no necesitan transformación culinaria y abundan en los paíFRENO A LA AUTOINMUNIDAD ses en vías de desarrollo. Pero tardan unos cuantos La reacción autoinmunitaria responsable de la diabetes de años en madurar, con detipo I aparece cuando el sistema inmunitario confunde las CAVIDAD INTESTINAL terioro rápido del fruto proteínas sintetizadas por las células beta del páncreas maduro. Se pudren tam(productoras de insulina) con invasores foráneos. El ataque AUTOANTIGENO bién muy pronto los tomaresultante, dirigido a las proteínas lesivas, o “autoantígenos”, ADMINISTRAtes, cultivados por doquier, destruye las células beta (abajo, a la izquierda ). Por razones DO EN EL CELULA M aunque crecen más depridesconocidas, la ingestión de pequeñas cantidades de ALIMENTO sa. El secado y otros métoautoantígenos aquieta el proceso en el ratón diabético. Los CELULA T dos económicos de conserautoantígenos podrían actuar en parte despertando células SUPRESORA “supresoras” del sistema inmunitario (recuadro ), que blo v a c i ó n d e a l i m e n t o s quearían entonces las actividades destructivas de sus parienayudan a vencer la destes (abajo, a la derecha ). composición. Entran en Las células consideración, amén de los supresoras activadas citados, lechugas, zanahoCELULA T SECRECIONES se dirigen COADYUrias, cacahuetes, arroz, triESTIMULADORAS al páncreas VANTE go, maíz y soja. CELULA T CITOTOXICA También importa asegurar que las vacunas que deben potenciar la resAUTOANTIGENO puesta inmunitaria no in vie rta n el sen tido de su CELULA B acción y supriman la inCELULA munidad. A tenor de lo ASESINA SECRECIONES NATURAL que nos ha demostrado la SUPRESORAS investigación sobre la toANTICUERPO lerancia oral, la ingestión AREA DAÑADA de ciertas proteínas pueCELULA BETA de provocar que el orgaMACROFAGO EXENTA CELULA B SECRECIONES nismo bloquee su respuesDEL PANCREAS ATACADA DESTRUCTORAS ta a las mismas. Para determinar las dosis seguANTES DEL TRATAMIENTO DESPUES DEL TRATAMIENTO ras y eficaces y el calendario de la administración de las vacunas comestibles se necesita mejorar los instrumentos de manipulación industrial que influyan so- ficadas genéticamente”, que están so- dividuo que ha recibido tratamiento) bre la acción del antígeno suministra- metidas a un creciente rechazo puede en ocasiones suprimir la activido y saber si estimulará o bloqueará popular. Pero cabe esperar que nues- dad inmunitaria, fenómeno éste que la inmunidad. tras vacunas queden fuera de seme- se observa con frecuencia en los aniUn punto final digno de estudio jante rechazo, toda vez que se trata males de experimentación. Nadie saconcierne a la posibilidad de que las de salvar vidas y que se cultivará n en be dar razón de esta diferencia. Algunas de las prueb as de que la vacunas ingeridas por la madre pro- espacios restringidos (en el caso de tejan indirectamente a los hijos. En que lleguen a traspasar los lindes del ingestión de autoantígenos podría suteoría, una madre podría comer un invernadero). Y al igual que el resto primir la autoinmunidad se han obplátano o dos y disparar así la prode los medicamentos estarán sujetas tenido investigando la diabetes de tiducción de anticuerpos, que pasarían al examen riguroso de los organismos po I, resultado de la destrucción al feto a través de la placenta o al re- reguladores. autoinmunitaria de las células del páncreas productoras de insulina (cécién nacido durante la lactancia. Hay otros obstáculos vinculados a lulas beta). Esa labor destructora proLa lucha contra las dificultades técnicas. No abundan gresa calladamente. Andando el tiempo, la pérdida de células beta conduce la autoinmunidad los laboratorios farmacéuticos procli ves a financiar la inv estigació n de a una grave deficiencia de insulina, productos dirigidos fundamentalmena consideración de una de las di- una hormona que se necesita para ficultades aquí expuestas —el peque las células capten la glucosa de te a mercados situados fuera de los países ricos. Las organizaciones in- ligro de la inducción de tolerancia la sangre y obtengan así su energía. ternacionales de ayuda y algunos go- oral— nos ha llevado a la búsqueda de Por culpa de tal pérdida suben los nibiernos nacionales e instituciones fi- vacunas comestibles que eliminen la veles de azúcar en sangre . Las inyeclantrópicas se esfuerzan en llenar ese autoinmunidad. Aunque el suministro ciones de insulina ayudan a controlar vacío, pero el dominio de las vacunas oral de los antígenos derivados de la diabetes, pero no la curan . Los diacomestibles sigue sin recibir todo el agentes infecciosos estimula a menu- béticos corren el riesgo de sufrir muapoyo que necesita. do al sistema inmunitario, la ingesta chas complicaciones graves. Las vacunas comestibles caen ade- de “autoantígenos” (proteínas proceDurante los tres últimos lustros se más bajo la rúbrica de plantas “modi- dentes de tejidos sin infectar de un in- han identificado varias proteínas de

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la célula beta capaces de despertar autoinmunidad en personas predispuestas a la diabetes de tipo I. Las principales culpables, sin embargo, son la insulina y la ácido glutámico descarboxilasa (AGD), una proteína. Se ha progresado también en la detección del momento de incubación de la diabetes. El próximo pas o a dar será encontrar el camino para detener los inicios del proceso antes de que aparezcan los síntomas. Varios grupos investigado res trabajamos en vacunas contra la diabetes basadas en plantas que, como la patata, contengan insulina o AGD ligadas a la subunidad B inocua de la toxina del V. cholerae (para potenciar la captación de los antígenos por las células M ). La administración de las vacunas a una cepa de rato nes en los que se había inducido la diabetes contribuyó a suprimir el ataque inmunitario y a prevenir o retrasar el aumento del azúcar en sangre. No se han conseguido todavía plantas transgénicas que produzcan las cantidades de autoantígenos necesarias para constituir una vacuna viable contra la diabetes humana o contra otras enfermedades autoinmunitarias. Pero se están explorando diversos esquemas prometedores para resolver todos estos problemas, igual que se avanza en el terreno de las enfermedades infecciosas. A las vacunas comesti bles par a combatir la autoinmunidad y las enfermedades infecciosas les queda un largo camino por delante antes de que estén listas para las pruebas a gran escala con seres humanos. Pero los obstáculos técnicos parecen superables. Nada sería más satisfactorio que proteger la salud de millones de niños, ahora indefensos.

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TEMAS 25

TEMAS 25 Las Defensas Del Organismo

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