Los sistemas modelo permiten estudios en profundidad de las respuestas inmunitarias innatas a la exposición al SARS-CoV-2

A medida que el SARS-CoV-2 se extendía por todo el mundo a principios de 2020, investigadores de todo el mundo montaron una campaña colectiva sin precedentes para dilucidar los mecanismos del nuevo virus y la enfermedad que causó, la COVID-19. Si bien la mayoría de los casos de COVID-19 varían de asintomáticos a moderados, una parte significativa de los pacientes padecen una enfermedad grave y, hasta febrero de 2022, se han perdido más de 5,8 millones de vidas.

Florian Douam, profesor asistente de microbiología en la Universidad de Boston, afirma que esta respuesta diferencial indica que hay «mecanismos inmunitarios pulmonares en juego que pueden controlar de manera efectiva la infección por SARS-CoV-2». Sabiendo esto, un objetivo principal de los investigadores ha sido definir estos mecanismos inmunológicos con la esperanza de identificar terapias innovadoras para tratar las infecciones por SARS-CoV-2 y COVID-19. Estos tipos de estudios no son triviales; Para probar estas respuestas inmunitarias, se deben desarrollar sistemas modelo apropiados que puedan recapitular las interacciones clave entre el SARS-CoV-2 y los tejidos humanos y las células inmunitarias.

Sistemas modelo para estudiar respuestas inmunitarias innatas al SARS-CoV-2

El laboratorio del Prof. Douam ha estado trabajando para desarrollar tales sistemas modelo para comprender mejor los mecanismos inmunológicos que definen el resultado de la infección y la enfermedad. “Ha sido un desafío”, dice, ya que la escasez de sistemas experimentales apropiados es una limitación importante para este tipo de investigaciones. Por ejemplo, los primates no humanos son tolerantes a la infección y tienen respuestas similares a las humanas, pero tienen un costo prohibitivo y faltan reactivos específicos de especie. Los hurones y los hámsteres son tolerantes a la infección y más accesibles en cuanto a costos, pero ninguno tiene respuestas similares a las humanas y, una vez más, hay un déficit en los reactivos específicos de la especie. Los ratones son aún más rentables, y el desarrollo de ratones que expresan ACE2 humana (hACE2) significa que son susceptibles a la infección por SARS-CoV-2. Sin embargo, todavía carecen de respuestas similares a las humanas junto con los pulmones humanos y los entornos hematopoyéticos. A pesar de la presencia de millones de pacientes con COVID-19, los humanos mismos tampoco son aptos para estos estudios debido a la falta de control en los entornos experimentales, así como a las limitaciones en el muestreo.

¿La solución? Para el Prof. Douam, ha sido humanizar a los ratones. Esto permite a su grupo modelar eficazmente la patogenia y la inmunidad humanas, les proporciona control sobre los entornos experimentales y garantiza el acceso longitudinal a los tejidos y otras muestras. Al injertar ratones inmunodeficientes y que expresaban hACE2 con tejido pulmonar fetal humano, el profesor Douam pudo producir ratones que eran susceptibles a la infección por SARS-CoV-2. Además, estos ratones, que se denominaron NRG-L, recapitularon las características histológicas pulmonares observadas en pacientes con COVID-19 grave. Impulsado por estos resultados, el grupo del profesor Douam coinjertó tejido pulmonar fetal y un sistema inmunitario humano para generar dos nuevos híbridos: HNFL, que tiene células inmunitarias y está orientado al control temprano de la infección, y BLT-L, que tienen una población diferente de células inmunitarias que ayudan a modelar el control tardío. Al estudiar la respuesta inmunitaria de los ratones HNFL a la infección por SARS-CoV-2, el grupo del profesor Douam descubrió que la regulación positiva de USP18-ISG15 condujo a efectos protectores como la limitación de la inflamación y la fosforilación de STAT1, lo que previno la manifestación histopatológica grave de la enfermedad. Este descubrimiento indicó que las terapias que regulan al alza USP18-ISG15 pueden ser una estrategia inmunoterapéutica eficaz contra COVID-19. En ratones BLT-L, la infección por SARS-CoV-2 se eliminó de manera mediada por células T el día 6 después de la inoculación. Cada respuesta a la infección proporciona información sobre cómo los médicos podrían tratar a los pacientes con COVID-19. El grupo de Douam descubrió que la regulación al alza de USP18-ISG15 conducía a efectos protectores, como la limitación de la inflamación y la fosforilación de STAT1, lo que evitaba manifestaciones histopatológicas graves de la enfermedad. Este descubrimiento indicó que las terapias que regulan al alza USP18-ISG15 pueden ser una estrategia inmunoterapéutica eficaz contra COVID-19. En ratones BLT-L, la infección por SARS-CoV-2 se eliminó de manera mediada por células T el día 6 después de la inoculación. Cada respuesta a la infección proporciona información sobre cómo los médicos podrían tratar a los pacientes con COVID-19. El grupo de Douam descubrió que la regulación al alza de USP18-ISG15 conducía a efectos protectores, como la limitación de la inflamación y la fosforilación de STAT1, lo que evitaba manifestaciones histopatológicas graves de la enfermedad. Este descubrimiento indicó que las terapias que regulan al alza USP18-ISG15 pueden ser una estrategia inmunoterapéutica eficaz contra COVID-19. En ratones BLT-L, la infección por SARS-CoV-2 se eliminó de manera mediada por células T el día 6 después de la inoculación. Cada respuesta a la infección proporciona información sobre cómo los médicos podrían tratar a los pacientes con COVID-19. La infección por SARS-CoV-2 se eliminó de manera mediada por células T el día 6 después de la inoculación. Cada respuesta a la infección proporciona información sobre cómo los médicos podrían tratar a los pacientes con COVID-19. La infección por SARS-CoV-2 se eliminó de manera mediada por células T el día 6 después de la inoculación. Cada respuesta a la infección proporciona información sobre cómo los médicos podrían tratar a los pacientes con COVID-19.

En conjunto, estos ratones HNFL y BLT-L representan dos poderosos sistemas modelo dentro de los cuales los investigadores pueden investigar las respuestas inmunitarias que impulsan el control efectivo de la infección por SARS-CoV-2 en los tejidos pulmonares humanos. Sin embargo, los modelos animales no son la estrategia de acceso para todos los investigadores.

La Prof. Doris Wilflingseder de la Universidad Médica de Innsbruck, Austria, ha estado desarrollando modelos de barrera sin animales.del sistema pulmonar humano para monitorear sus interacciones con patógenos, como el SARS-CoV-2, y medicamentos. Uno de los modelos del grupo del Prof. Wilfingseder, denominado ALI, es un sistema epitelial multicapa compuesto por células respiratorias primarias cultivadas en un andamio de celulosa. Este modelo altamente versátil puede albergar células inmunitarias y proporciona muchos parámetros de lectura, incluidas varias modalidades de imagen y medición de la carga viral y moléculas de interés, como citoquinas y anafilatoxinas. “Estos modelos son muy longevos”, dice el Prof. Wilfingsleder. “[Ellos] recientemente celebraron su segundo cumpleaños”, lo que los convierte en excelentes sistemas para estudiar condiciones crónicas o exposiciones repetidas. Un segundo modelo del grupo del Prof. Wilfingseder, un sistema organoide pulmonar, representa una herramienta valiosa para el cribado de alto rendimiento y alto contenido.

Usando su modelo ALI, el grupo del profesor Wilfingseder investigó qué sucedió después de que el SARS-CoV-2 ingresara a los tejidos respiratorios. Después de la infección, encontraron que el SARS-CoV-2 condujo a la destrucción epitelial; agujeros en los tejidos, núcleos fragmentados y formación de tapones de moco. En particular, los tapones de moco ayudaron a validar su modelo, ya que también se observaron en pacientes críticos con COVID-19 que sufrían obstrucción de las vías respiratorias e insuficiencia respiratoria. Luego investigaron qué respuestas inmunitarias se desencadenaron en los sitios de barrera epitelial de ALI tras la exposición al SARS-CoV-2. Después de teñir los componentes inmunitarios, el grupo del Prof. Wilfingseder encontró grandes cantidades del componente 3 del complemento (C3), que atrae a otras células inmunitarias y aumenta la inflamación en el sitio de la infección. Además, La activación de C3 se asoció con la destrucción masiva de la barrera epitelial y la producción de anafilatoxinas y citocinas. A continuación, bloquearon los receptores de anafilatoxina pertenecientes a la familia del complemento mientras exponían las células al SARS-CoV-2 y descubrieron que el bloqueo del receptor C5a (C5aR) casi eliminaba la presencia de C3, las células infectadas y la producción de citoquinas. En conjunto, los datos indican que C5aR es un objetivo terapéutico viable para el tratamiento de pacientes infectados con SARS-CoV-2, un descubrimiento que fue posible gracias al innovador sistema modelo sin animales del Prof. Wilfingseder. células infectadas y producción de citoquinas. En conjunto, los datos indican que C5aR es un objetivo terapéutico viable para el tratamiento de pacientes infectados con SARS-CoV-2, un descubrimiento que fue posible gracias al innovador sistema modelo sin animales del Prof. Wilfingseder. células infectadas y producción de citoquinas. En conjunto, los datos indican que C5aR es un objetivo terapéutico viable para el tratamiento de pacientes infectados con SARS-CoV-2, un descubrimiento que fue posible gracias al innovador sistema modelo sin animales del Prof. Wilfingseder.

Los modelos desarrollados por los Profs. Wilfingseder y Douam, así como más detalles y resultados experimentales, se detallan en su seminario web reciente titulado «Herramientas novedosas para comprender las respuestas inmunitarias en las infecciones por SARS-CoV-2», que se puede encontrar aquí.

Ir arriba