Tradicionalmente, el estudio de algunas de las células inmunitarias más importantes del cuerpo requiere una biopsia de piel o extracciones de sangre.
Investigadores del MIT y The Jackson Laboratory desarrollaron un dispositivo de hidrogel de algas capaz de capturar células vivas y señales de inflamación en solo 15 minutos.
Un parche cutáneo indoloro ofrece una nueva forma de controlar la salud inmunológica.
El parche de microagujas permite obtener muestras de células inmunitarias que a menudo pasan desapercibidas en las extracciones de sangre y biopsias rutinarias.
Investigadores del Laboratorio Jackson (JAX), en colaboración con el Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT), han desarrollado el primer parche de microagujas similar a un vendaje, que permite analizar las respuestas inmunitarias del cuerpo a través de la piel sin dolor.
Dado que muchas de estas células viven y responden en tejidos como la piel, acceder a ellas ha implicado procedimientos invasivos”, explicó Sasan Jalili, ingeniero biomédico e inmunólogo de JAX, quien también es profesor en la Facultad de Medicina de UConn.
El dispositivo detecta señales inflamatorias en cuestión de minutos y recolecta células inmunitarias especializadas en pocas horas, sin necesidad de extracciones de sangre ni biopsias quirúrgicas.
Este parche ya está ayudando a investigadores y médicos a estudiar las respuestas inmunitarias en el envejecimiento y las enfermedades autoinmunes de la piel, como el vitíligo y la psoriasis.
También plantea el desafío de comprender el proceso inmunitario que ocurre en el cuerpo
El estudio se publicó en Nature Biomedical Engineering .
A menudo, en entornos clínicos, extraer sangre de ciertas poblaciones puede ser muy difícil, especialmente importante en áreas sensibles o visibles como la cara o el cuello, donde las personas a menudo no desean biopsias por temor a las cicatrices, así como para adultos mayores, pacientes frágiles y niños pequeños o bebés”.
Microagujas
El parche de microagujas es un dispositivo portátil compuesto por cientos de diminutas proyecciones.
Estas son lo suficientemente largas como para atravesar la epidermis y llegar a la dermis, absorbiendo el líquido intersticial, pero no tan altas como para alcanzar las enzimas nerviosas y causar dolor, irritación y sangrado.
Hidrogel
El hidrogel es en realidad una red de polímeros. Estos se entrecruzan y, gracias a ello, pueden absorber líquidos.
“Diseñamos las estructuras de estos hidrogeles bioquímica y biofísicamente para mejorar su capacidad de absorción.
Buscamos hidrogeles biocompatibles, aprobados por la FDA y que no causen daño ni toxicidad a los tejidos.
El hidrogel que utilizamos en nuestro proyecto proviene de algas marinas que se consumen habitualmente como alimento o se utilizan en muchos productos biomédicos”.
Antecedente
Desarrollada inicialmente durante la formación postdoctoral de Jalili en el MIT, la plataforma fue posteriormente perfeccionada, optimizada y desarrollada, pasando de modelos de ratón a su aplicación clínica en JAX mediante colaboraciones con la Facultad de Medicina Chan de la Universidad de Massachusetts (UMass Chan).
El sistema de alarma inmunitario natural
La mayoría de las pruebas para monitorizar las células inmunitarias y los biomarcadores inflamatorios se basan en análisis de sangre, pero muchas de las células que reconocen infecciones específicas, vacunas o desencadenantes autoinmunitarios circulan escasamente en la sangre.
El parche funciona aprovechando las células T de memoria residentes, células inmunitarias que viven en la piel y otros tejidos de barrera y que responden rápidamente a amenazas extrañas o antígenos previamente encontrados.
Cuando estas células reconocen un antígeno familiar, como un fragmento de un virus o un alérgeno, dan la voz de alarma, liberando señales para atraer células inmunitarias adicionales del torrente sanguíneo, incluidas las células T altamente especializadas que reconocen esa misma amenaza.
Al activar este proceso natural, que concentra células inmunitarias clave en la piel, los investigadores evaluaron deliberadamente las respuestas inmunitarias.
El material analizado reveló la cantidad y el estado de las células T, así como otras moléculas de señalización, lo que proporcionó una lectura dinámica de la fortaleza del sistema inmunitario y su capacidad de respuesta ante enfermedades y afecciones específicas.
En modelos de vacunación en ratones, el parche potenció notablemente la recuperación de linfocitos T antígeno-específicos, reclutando muchas de estas células del torrente sanguíneo en lugar de la piel.
Ensayo clínico
En un ensayo clínico en humanos realizado en UMass Chan, el parche también recolectó una rica mezcla de células inmunitarias y proteínas de señalización, incluyendo linfocitos T de memoria residentes.
“Este estudio marca la primera demostración de la toma de muestras de células inmunitarias humanas vivas mediante un parche de microagujas”, dijo Jalili.
“Esto abre la puerta a una nueva forma de monitorizar las respuestas inmunitarias que es práctica, indolora y clínicamente viable”.
Ampliando la monitorización inmunológica
El parche puede ser especialmente útil para afecciones cutáneas, ya que las células inmunitarias que provocan enfermedades como la dermatitis alérgica, la psoriasis y el vitíligo ya se encuentran en el tejido.
Jalili ya lo está utilizando para estudiar cómo los cambios cutáneos relacionados con la edad contribuyen a la inflamación crónica y la fragilidad en adultos mayores, como parte del Programa de Becarios Pepper de la Facultad de Medicina de la Universidad de Connecticut y el Centro de Envejecimiento de la misma universidad.
«No harían falta horas de muestreo. Incluso entre 15 y 30 minutos pueden ser suficientes para detectar señales inflamatorias y hacerse una idea de lo que ocurre en el tejido», dijo Jalili.
Los análisis de sangre y las biopsias seguirán siendo herramientas esenciales, y se están realizando estudios adicionales para determinar el rendimiento del parche en diferentes enfermedades y poblaciones de pacientes.
Comentarios
Los primeros hallazgos son particularmente prometedores, afirmó Darrell Irvine, coautor del estudio, inmunólogo y bioingeniero de Scripps Research, quien inició el trabajo en el MIT.
“No solo realizamos extensos experimentos preclínicos, sino que también pudimos llevar a cabo una prueba inicial en humanos”, dijo Irvine.
“Eso es emocionante porque casi nunca sucede con tecnologías completamente nuevas. Pasar de las nuevas tecnologías del laboratorio a las pruebas en pacientes suele llevar años”.
Hacia el futuro
De cara al futuro, el parche podría facilitar el monitoreo en el hogar, permitiendo a los pacientes con afecciones cutáneas realizar un seguimiento de los brotes impredecibles. La tecnología también podría adaptarse para las cavidades oral o nasal, abriendo la puerta al monitoreo de las respuestas inmunitarias de las mucosas.
Financiación
Este trabajo fue financiado por los NIH (premio U01AI176310), The Jackson Laboratory, el Ragon Institute of MGH, MIT y Harvard, y la beca de apoyo P30-CA14051 del Instituto Koch del Instituto Nacional del Cáncer.
Los autores han presentado una solicitud de patente ante el MIT relacionada con los datos presentados en este trabajo.
El Laboratorio Jackson (JAX)
Es una institución independiente de investigación biomédica sin fines de lucro, designada como Centro Oncológico por el Instituto Nacional del Cáncer.
JAX aprovecha una combinación única de investigación, educación y recursos para lograr su ambiciosa misión: descubrir soluciones genómicas precisas para las enfermedades y empoderar a la comunidad biomédica global en la búsqueda conjunta de la mejora de la salud humana.
Fundado en Bar Harbor, Maine, en 1929, JAX es una organización global con casi 3000 empleados en todo el mundo y campus e instalaciones en Maine, Connecticut, California, Florida, Nueva York y Japón.
