In che modo le cellule immunitarie ricordano un’infezione o una vaccinazione e in modo che possano entrare in azione dopo tanto tempo?
Una ricerca condotta da scienziati dell’Università della California, Berkeley, in collaborazione con i ricercatori della Emory University, ha trovato una risposta a questo interrogativo: un piccolo numero delle stesse cellule immunitarie che hanno risposto all’invasione originale rimane in vita per anni, sviluppando caratteristiche uniche che mantiene le cellule immunitarie innescate e in attesa che lo stesso microbo invada di nuovo il corpo.
Prima di questo studio, gli scienziati non sapevano come le cellule potessero ricordare un’infezione sviluppatasi nel corpo fino a 30 anni prima. Per mettere a nudo questo mistero, il team di ricerca ha rintracciato un particolare tipo di cellula immunitaria nel corpo umano nelle settimane, nei mesi e negli anni successivi a una vaccinazione, che offre una protezione a lungo termine.
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I ricercatori hanno rintracciato le cellule T nei corpi delle persone che erano state sottoposte a somministrazione di vaccino a lunga durata contro il virus della febbre gialla, utilizzando una tecnologia sviluppata a Berkeley per monitorare la nascita e la morte delle cellule nell’uomo per lunghi periodi di tempo. I ricercatori hanno scoperto che le cellule T CD8 +, responsabili dell’immunità a lungo termine contro la febbre gialla, proliferano rapidamente all’esposizione al vaccino, ma evolvono, a partire da circa quattro settimane dopo la vaccinazione, in un “pool di cellule di memoria” che vive 10 volte tempi più lunghi della cellula T media.
“Questo lavoro ha affrontato questioni fondamentali sull’origine e la longevità delle cellule T CD8 + di memoria, generate dopo un’infezione acuta”, ha affermato Marc Hellerstein, coautore senior dello studio e Professore di scienze nutrizionali e tossicologia all’Università di Berkeley. “Comprendere le basi di una memoria immunitaria a lungo termine efficace, può aiutare gli scienziati a sviluppare vaccini migliori, capire le differenze tra le malattie e diagnosticare la qualità delle risposte immunitarie di una persona”.
Lo studio è stato pubblicato il 13 dicembre sulla rivista Nature. Il lavoro è stato sostenuto da sovvenzioni dei National Institutes of Health.
Quando qualcuno ottiene un vaccino o è esposto a un nuovo agente infettivo, le cellule che riconoscono l’invasore ma non sono mai state chiamate in azione prima – chiamate cellule naive – rispondono dividendosi e sviluppando azioni di lotta alle infezioni. Questo crea un grande pool di cosiddette cellule di memoria, così chiamate per la loro capacità di ricordare l’agente infettivo specifico e rispondere efficacemente alle minacce successive.
Nel tempo, il grande pool di cellule di memoria si riduce a un piccolo numero di cellule di memoria a lungo termine, che sono predisposte per fornire protezione. Gli scienziati si sono interrogati su come queste celule di memoria siano mantenute in vita e siano pronte a colpire dopo così tanto tempo dopo l’esposizione iniziale al patogeno.
Questo studio ha rilevato che il modo in cui il pool di cellule di memoria viene mantenuto per anni dopo la vaccinazione è attraverso lo sviluppo di diverse caratteristiche uniche delle cellule stesse. In superficie e attraverso le azioni dei loro geni, assomigliano a cellule che non sono mai state esposte a un’infezione, ma sul loro DNA i ricercatori hanno trovato un’impronta digitale, chiamata modello di metilazione, che le identifica come cellule effettrici, cellule della memoria capaci, in caso di rimanifestarsi dell’attacco patogeno, di velocizzare moltissimo (per scatenare una risposta linfocitaria adatta a contrastare un attacco patogeno sono necessari dai 3 ai 5 giorni circa) la risposta adattativa da affiancare alla risposta innata.
“Queste cellule sono come soldati veterani, accampati nel sangue e nei tessuti dove combattono le loro battaglie, in attesa che si manifesti la febbre gialla”, ha detto Hellerstein. “Stanno riposando tranquillamente e indossano abiti di nuove reclute non testate, ma sono profondamente esperte, pronte a scattare in azione e pronte ad espandersi selvaggiamente e ad attaccare aggressivamente se gli invasori tornano”.
Per lo studio, Hellerstein ha utilizzato una tecnica che ha sviluppato per la sua ricerca sull’HIV / AIDS negli anni ’90 e che ha ampiamente utilizzato da allora, per tracciare la nascita e la morte delle cellule nel corpo umano. Il gruppo di ricerca ha utilizzato soggetti a cui sono state somministrate piccole quantità di acqua con deuterio invece di idrogeno. Il deuterio non è tossico, ma è leggermente più pesante dell’idrogeno, quindi gli scienziati possono rintracciarlo mediante spettrometria di massa, quando viene incorporato nel DNA appena replicato nelle cellule del corpo, che si verifica solo durante la divisione cellulare. Usando questo metodo, gli scienziati possono sapere se un pool di cellule è nuovo o vecchio, perché le cellule appena nate avranno deuterio nel loro DNA. Scienziati o medici che monitorano le cellule nel tempo, vedranno che i livelli di deuterio nelle cellule a vita breve saranno diluiti dopo che i pazienti torneranno a bere acqua normale, mentre i livelli di deuterio nelle cellule a vita lunga rimarranno alti. Nel nuovo studio, le persone hanno bevuto l’acqua con deuterio in momenti diversi, dopo aver ricevuto il vaccino contro il virus della febbre gialla e i ricercatori hanno isolato i linfociti T dai pazienti, quindi hanno analizzato il loro contenuto di deuterio.
Il virus della febbre gialla non è una minaccia negli Stati Uniti, il che significa che tutti i soggetti non erano stati esposti in precedenza e non sarebbero stati esposti dopo il periodo di marcatura, rendendo il vaccino ideale per studiare ciò che accade alle cellule appena generate per un lungo periodo di tempo, quando non c’è più alcun agente infettivo da combattere.
Dopo una prima esposizione acuta ad un agente infettivo o ad un vaccino, il corpo ha una fase iniziale con molti soldati a vita breve che combattono le infezioni, chiamati cellule effettrici. Quindi, una volta eliminata la minaccia, le cellule effettrici scompaiono e resta un numero ridotto di cellule di memoria a lungo termine. Una delle domande centrali in immunologia era se le cellule di memoria a lungo termine passavano attraverso uno stadio effettore o se utilizzavano un percorso separato. Il team di ricerca ha scoperto che un sottogruppo del pool di cellule di memoria effettrici che si era diviso abbondantemente durante le prime due settimane dopo la vaccinazione, è rimasto in vita come cellule di memoria a lungo termine, dividendosi meno frequentemente di una volta all’anno.
La durata in vita estremamente lunga delle cellule di memoria sopravvissute consente loro di specializzarsi nel tempo in un tipo di cellula T unico, precedentemente sconosciuto. Le cellule di memoria a lungo termine hanno alcuni marcatori molecolari che le fanno apparire come cellule ingenue che non si sono mai attivate, incluso un profilo di espressione genica simile a quello di cellule naive, ma hanno altri marcatori molecolari sul loro DNA per aver combattuto la battaglia contro i patogeni come cellule effettrici.
“Questi risultati chiariscono che le vere cellule di memoria a lungo termine erano una volta cellule effettrici che sono diventate inerte“, ha detto Hellerstein. “Questo a quanto pare mantiene le cellule di memoria pronte a rispondere rapidamente come nuove cellule effettrici dopo la riesposizione al patogeno”.
Il team di ricerca ha calcolato che l’emivita di queste cellule di memoria a lungo termine è di 450 giorni, rispetto a un’emivita media di circa 30 giorni per le cellule T di memoria, durante le quali sono in genere esposte ripetutamente ai comuni antigeni nell’ambiente. Quindi, quando il pool di cellule di memoria diventa silenzioso, queste uniche cellule conservano un’impronta digitale che riporta all’esposizione originale e rimangono pronte a rispondere rapidamente se c’è una ri-esposizione al patogeno.
Fonte: UC Berkeley
