Los macrófagos son células vitales para el sistema inmunológico y posiblemente podrían informar terapias celulares para una variedad de afecciones médicas. Sin embargo, aprovechar todo el potencial de las terapias con macrófagos depende de poder ver qué hacen estos aliados celulares dentro de nuestros cuerpos, y un equipo de investigadores de Penn State puede haber desarrollado una manera de observarlos hacer lo suyo.

En un estudio publicado en la revista Small , investigadores de Penn State informan sobre una nueva técnica de imágenes por ultrasonido para observar macrófagos continuamente en tejido de mamíferos, con potencial para aplicación humana en el futuro.

"Un macrófago es un tipo de célula inmune que es importante en casi todas las funciones del sistema inmunológico, desde la detección y eliminación de patógenos hasta la curación de heridas", dijo el autor correspondiente Scott Medina, profesor asociado de ingeniería biomédica William and Wendy Korb Early Career.

"Es un componente del sistema inmunológico que realmente une los dos tipos de inmunidad:la inmunidad innata, que responde a las cosas muy rápidamente pero de una manera no muy precisa, y la inmunidad adaptativa, que tarda mucho más en conectarse pero responde de una manera forma mucho más precisa."

Los macrófagos regulan estos dos brazos de la respuesta inmune humana y ayudan a nuestro cuerpo con funciones como combatir infecciones y regenerar tejidos. Por otro lado, también ayudan a mediar la inflamación relacionada con lesiones y enfermedades como la diabetes y la artritis reumatoide.

Según Medina, estas células podrían aprovecharse y aplicarse en terapias que ayudarían a pacientes con afecciones como cáncer, trastornos autoinmunes, infecciones y tejido dañado. Dichas terapias implicarían aislar, modificar y/o diseñar macrófagos para mejorar sus propiedades para combatir enfermedades, controlar las respuestas inmunes y promover la reparación de tejidos.

"Si pudiéramos visualizar lo que hacen estas células en el cuerpo, en tiempo real, entonces podríamos aprender mucho sobre cómo progresan las enfermedades y cómo se produce la curación", dijo Medina. "Esto nos daría una visión de lo que hacen las células en el cuerpo porque en este momento estamos realmente limitados a sacar las células del cuerpo y ver qué hacen en una placa de Petri, lo cual no será el mismo comportamiento que vemos en el cuerpo."

Los investigadores recurrieron a las imágenes por ultrasonido, una técnica común para ver los tejidos internos del cuerpo. Sin embargo, solo con ultrasonido, los macrófagos se mezclan con sus células compañeras.

"Los macrófagos son básicamente invisibles durante las imágenes de ultrasonido porque no se puede distinguir dónde están las células en relación con todas las demás células que se encuentran en nuestro tejido", dijo Medina. "Todos se comportan igual, por lo que realmente no se pueden ver células específicas. Tuvimos que crear lo que se llama un agente de contraste, algo con lo que se pudieran etiquetar nuestras células de interés y que luego proporcionaría un contraste de imagen que sería diferente del fondo. Y ahí es donde entraron en juego estas nanoemulsiones."

Muchos cocineros caseros conocen las emulsiones como una mezcla de gotas de aceite suspendidas en un líquido como vinagre o agua para preparar aderezos para ensaladas; una nanoemulsión es cuando esas gotas de aceite son diminutas, de apenas nanómetros de diámetro.

Los investigadores utilizaron nanoemulsiones para crear burbujas más resistentes. Las burbujas de gas reflejan las ondas sonoras de un ultrasonido de manera muy eficiente; sin embargo, si alguien inyecta burbujas en el cuerpo de un paciente, no funcionan muy bien porque estallan relativamente rápido.

"Básicamente, necesitábamos una forma de lograr que se formaran burbujas cuando queremos que se formen justo en el momento de la obtención de imágenes y no antes, y también para que estas burbujas persistan el mayor tiempo posible", dijo Inhye Kim, becaria postdoctoral en medicina biomédica. ingeniería y autor principal del estudio.

Los investigadores introdujeron gotas de nanoemulsión en las células, que las internalizaron. Bajo ultrasonido, las gotas sufrieron un cambio de fase, convirtiéndose en gas y, por tanto, en burbuja. La presión de las ondas de ultrasonido facilitó este cambio, empujando y tirando de la gota mientras la onda oscila y usa la presión para forzar la gota a hervir, haciéndola vaporizar y convertirse en una burbuja de gas.

"Es similar a cómo el agua hierve a una temperatura más baja en una elevación más alta, por ejemplo en Colorado, porque hay menos presión que impide que hierva", dijo Medina. "Estamos usando la presión que aplicamos sobre esa gota a través de ultrasonido para hacer que hierva efectivamente cuando queremos que hierva, de modo que luego se vaporice y provoque la formación de esta burbuja de gas".

Probaron esta novedosa técnica en una muestra de tejido porcino y descubrieron que la obtención de imágenes de los macrófagos funcionaba. El enfoque permite a los investigadores ver qué están haciendo las células inmunes en el cuerpo de manera continua, lo que permite una mejor comprensión de cómo se regula el sistema inmunológico y cuál es su papel en la lucha contra las enfermedades, dijo Medina. Más allá de eso, señaló Kim, también puede ayudar a desarrollar mejores terapias con células inmunitarias para los pacientes en el futuro.

"Por ejemplo, para un paciente con un tumor, esta investigación podría permitir la ingeniería de una terapia con células de macrófagos que sea más eficaz y tenga menos efectos secundarios y menos graves", afirmó Kim.

Los próximos pasos de la investigación incluyen explorar la posibilidad de utilizar esta técnica para otros tipos de visualización de células inmunitarias dentro del cuerpo humano o para controlar la acumulación de placa dentro de las arterias. Además, los investigadores están buscando colaboradores para avanzar en la técnica.

"Esperamos trabajar con otros en la investigación de inmunología que tengan intereses particulares y puedan encontrar útil esta tecnología, por lo que definitivamente estamos abiertos a futuras colaboraciones y aplicaciones", dijo Medina.

Más información: Inhye Kim et al, Imágenes in situ en tiempo real de macrófagos mediante nanoemulsiones de péptidos de cambio de fase, pequeñas (2023). DOI:10.1002/smll.202301673

Información de la revista: Pequeño

Proporcionado por la Universidad Estatal de Pensilvania