Método de vacunación basado en el direccionamiento de antígenos a células dendríticas
Método de vacunación basado en el direccionamiento de antígenos a células dendríticas
A.R. Castillo González1 , M.A. Fávila Pérez1, G.P. Espino-Solis1* iD*
1 Grupo Disciplinar de Inmunología y Microbiología Molecular y Laboratorio de Investigación Traslacional. Facultad de Medicina y Ciencias Biomédicas de la Universidad Autónoma de Chihuahua. Circuito Universitario, Campus UACH II, 31109 Chihuahua, Chihuahua, México. * gespinos@uach.mx
http://doi.org/10.5281/zenodo.5082702
Bajar cita (RIS): Castillo González y cols., 2017 AyTBUAP 2(6): 19-24
Editado por: Martín Pérez-Santos (Dirección de Innovación y Transferencia del Conocimiento, Benemérita Universidad Autónoma de Puebla)
Fecha de publicación: 2 de junio de 2017
EOI: https://eoi.citefactor.org/10.11235/BUAP.02.06.03
URI: https://hdl.handle.net/20.500.12371/9200
Referencia: Castillo-González AR, Fávila-Pérez MA, Espino-Solis GP. Método de vacunación basado en el direccionamiento de antígenos a células dendríticas. Alianzas y Tendencias BUAP [Internet]. 2017;2(6):19–24. Available from: https://www.aytbuap.mx/publicaciones#h.jdkd7tj0bgdf
Nota: El contador de visitas fue instalado el 3 de marzo de 2022 y no corresponde a la fecha de publicación del manuscrito
RESUMEN
A casi 150 años del descubrimiento de las células dendríticas, Langerhans, Steinman y otros investigadores en todo el mundo, han descrito el papel tan significativo de las células dendríticas en el sistema inmune. Durante este periodo ha sido posible discernir los mecanismos involucrados en la captura, procesamiento y presentación de antígenos, así como la interacción que tienen con otras células y la activación o supresión de la respuesta inmune. El hallazgo de estas células, ha detonado el diseño y desarrollo de nuevas técnicas, y reactivos, como su cultivo y diferenciación in vitro. El direccionamiento de antígenos a las células dendríticas empleando anticuerpos monoclonales como acarreadores, permite instruir a estas células para generar una respuesta inmune contra el antígeno de interés. Es posible dirigir una respuesta del tipo humoral, celular o supresora dependiendo de la estirpe de células dendríticas a la cual sea dirigido el antígeno, receptor empleado y adyuvante. El direccionamiento de antígenos es elegante y presenta diversos retos tecnológicos y fisiológicos; sin embargo, una vez superados podría dar origen a la nueva generación de vacunas, con impacto contundente en la salud humana.
Palabras clave: células dendríticas; selección de antígenos; vacunas.
ABSTRACT
About 150 years after, scientists for instance Langerhans, Steinman and many others in the worldwide have discovered and described the pivotal role of dendritic cells in the immune system. During this period it has been possible to discern the mechanisms involved in the capture, processing and presentation of antigens, as well as the interaction they have with other cells and the activation or suppression of the immune response. The discovery of dendritic cells came with the design and development of new techniques and reagents, as in vitro culture and differentiation. Targeting of antigens to dendritic cells by using monoclonal antibodies as a shuttle, allows the dendrictic cells to be trained in order to evoke or not an immune response against the selected antigen. It is possible to choose a humoral, cellular or suppressive immune response by selecting the dendritic cells subset; the receptor to which the antigen has to be directed and importantly an adjuvant have to be included. Dendritic cells-targeting based vaccines constitute an elegant strategy to improve immunity; many technological Cand physiological challenges have to be overcome and move forward to a new generation of vaccines with impact in human protection.
Keywords: dendritic cells; antigen targeting; vaccines.
Breve historia de las vacunas
La historia de las vacunas tiene muchas aristas, existen reportes que en el año 1122 a. C. en India y China se empleaba la variolización (inoculación subcutánea del virus de viruela con pústulas de una persona infectada, a otra no inmune), este procedimiento confería protección del 40% contra la infección de viruela adquirida por inhalación, era bien sabido que los sobrevivientes se hacían inmunes [1, 2, 3, 4]. En 1796 Edward Jenner médico inglés, estrictamente hablando no descubrió la vacuna, pero pudo relacionar la protección que adquirían las mujeres ordeñadoras cuando se infectaban las manos con la viruela bovina y no desarrollaban la viruela humana; lo cual se demostró al vacunar con esas pústulas a un niño que posteriormente se expuso a la viruela mediante variolización y el niño no desarrollo la infección [1, 2, 3, 4]. A este procedimiento, Jenner le llamó vacunación (del latín vacca: vaca y cowpox: vaccinia), el cuál consistía en inocular por escarificación pústulas que desarrollaban las personas infectadas con viruela a las no infectadas. Este término se utiliza en la actualidad para describir la inoculación de individuos sanos con cepas atenuadas, particulas proteicas, lisados de microorganimos, etc. de agentes causantes de enfermedades para proporcionar protección contra una enfermedad. En el pasado, con esta técnica se transmitían por vía sanguínea otras enfermedades como la tuberculosis o sífilis, motivo por el cual, su trabajo fue cuestionado [1, 2, 3, 4]. El metodo de vacunación de Jenner fue tan exitoso, que la OMS en 1977 logró erradicar la viruela, y en 1980 la Asamblea Mundial de Salud anunció que el mundo estaba libre de este virus, por lo tanto, recomendó suspender la vacunación para esta enfermedad [1, 2, 3, 4]. A través de la historia se ha logrado establecer el papel de protección que confiere la inmunización para prevenir una serie de enfermedades como: la difteria, viruela, rabia, tétano, sarampión, poliomielitis, por mencionar algunas [1, 2, 4].
Sin embargo, nuevas enfermedades emergentes como el VIH / SIDA, tuberculosis, malaria, zika, algunos trastornos autoinmunes y diversos tipos de cáncer, están desafiando la forma actual de diseñar y desarrollar vacunas. Esta nueva problemática ha permitido mejorar los procedimientos para obtener metodos de vacunación efectivos y precisos. La vacunación es una de las formas más eficientes de inmunoterapia y una de las intervenciones de salud pública más rentables [1, 5]. Una nueva estrategia de vacunación con gran potencial consiste en el direccionamiento de antígenos a las células dendríticas, es decir, los antígenos son dirigidos de manera específica utilizando anticuerpos monoclonales como acarreadores, con la finalidad de entregar directamente a la célula profesional presentadora de antígeno un agente inmunógeno seleccionado a través de un receptor involucrado en la internalización, figura 1 [6, 7].
Figura 1. Respuesta inmunológica evocada por direccionamiento de antígenos a las células dendríticas.
Células dendríticas
Las células dendríticas (CD), fueron observadas por primera vez en la piel por Paul Langerhans en 1868, sin tener claro cuál era la función de estas células. En aquel momento se pensó que dichas células formaban parte del sistema nervioso, cuando en realidad se trataba de las actualmente conocidas como células dendríticas epidérmicas o células de Langerhans [8-9]. Hace aproximadamente cien años, estás células fueron observadas por Ralph Steinman en 1973, mientras estudiaba las células del bazo de ratón con el fin de comprender la inducción de respuestas inmunes en un órgano linfoide mayor. Steinman, observó una población de células con formas y movimientos inusuales en forma de árbol o “dendríticas” (Figura 2), a las cuales llamó células dendríticas (griego, dendrón, árbol) [10-11]. Por su aportación en el área de la inmunología, Steinman fue galardonado con el Premio Nobel de Medicina en el 2011.
Figura 2. Microfotografías de contraste de fases de células dendríticas aisladas del bazo. Tomada de: Journal of Experimental Medicine, 1973. Identification of a novel cell type in peripheral lymphoid organs of mice. (I. Morphology, quantitation, tissue distribution).
Las CD son de origen hematopoyético y expresan constitutivamente los complejos de histocompatibilidad (MHC) de clase I y II [12]. Representan a un elemento celular clave en el sistema inmune ya que capturan a los antígenos, ya sean bacterianos, virales o toxinas, los reducen de tamaño y luego los presentan en su superficie celular a través de las moléculas MHC I y II. Posteriormente, las CD viajan a los ganglios linfáticos o al bazo [8] donde presentan los antígenos procesados a las células T, generando una respuesta inmune específica para contrarrestar al antígeno presentado. Existen evidencias de su capacidad para activar otros tipos celulares, como linfocitos B, células NK, macrófagos o eosinófilos, así como de generar tolerancia inmunológica [5, 13, 14, 15, 16].
Descubrimientos innovadores
En la década de los 80’s, los estudios sobre las CD avanzaron lentamente, debido a las complicaciones en la purificación de este tipo celular proveniente de téjidos linfoides. Este panorama cambió en los 90, a raíz de la implementación de técnicas metodológicas que permitieron la diferenciación in vitro de células que compartían marcadores celulares y características funcionales con las CD [17]. Por ejemplo, en el 2000 se caracterizaron una serie de antígenos específicos de las CD sanguíneas, los Blood Dendritic Cell Antigens (BDCA) [18]. Con la implementación de técnicas de identificación y diferenciación in vitro, se han tenido avances en el estudio de las CD. A partir del descubrimiento de las CD, se han desarrollado nuevas tecnologías con el objetivo de sacar el mayor provecho de ellas. Con base al papel tan relevenate que desempeñan las CD en la respuesta inmune, están tratando de instruirlas para eliminar patógenos o proteger al cuerpo daños autoinmunes. Posiblemente una de las principales contribuciones a la biología de las células dendríticas humanas fue realizada en 1994 por Sallusto y Lanzavecchia, con la descripción de las DC derivadas de monocitos, un sistema de cultivo artificial para obtener un gran cantidad de DC. Otro descubrimiento importante relacionado con las células dendríticas fue la descripción de los receptores Toll-like (TLRs) de Hoffman y Beutler entre 1996 y 1998, estos receptores permiten el reconocimiento de ciertos patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs) no encontrados en el huésped y las células dendríticas son activados por la unión a los TLRs. Después del descubrimiento de TLR, se identificó otra familia de receptores de reconocimiento de patrones (PRR), la superfamilia del receptor de lectina de tipo C (CLR), estos receptores tienen un amplio rango de funciones con capacidad de reconocer ligandos decorados con glicosilaciones o sin ellas, además actúan como PRRs y pueden estimular o inhibir las respuestas celulares [5, 16, 19-20].
Se han logrado grandes avances en el entendimiento de la función que tienen las CD en el sistema inmune. Por ejemplo, se conoce más sobre los mecanismos de captura, procesamiento y presentación de antígenos derivados de patógenos, células apoptóticas o tumorales, la sinapsis inmunológica entre las CD y los linfocitos T, el control de la activación de las CD a través de TLRs, la importancia de las CD plasmacitoides en la respuesta antiviral, la función de las CD en la respuesta de linfocitos T colaboradores (helper), la regulación de las respuestas de linfocitos B y células natural killer (NK), el control de inmunidad versus tolerancia por las CDs, la función de las CDs en las infecciones microbianas, procesos autoinmunes, reacciones alérgicas, rechazo de trasplantes, y respuestas inmunes antitumorales, y las vías de diferenciación de las CD. Estos son algunos avances en la inmunobiología de las CD, que junto con las técnicas de transfección y diferenciación in vitro, han permitido considerables avances en terapias efectivas en el campo de la inmunoterapia anti-tumoral y anti-infecciosa, así como para aumentar el éxito en el trasplante de órganos y en el tratamiento de enfermedades autoinmunes [5, 13, 15, 16, 19-20].
Ingeniería de anticuerpos monoclonales para dirigir antígenos a las células dendríticas
Las células dendríticas representan a un grupo celular con alto grado de heterogenicidad, reflejado fenotipicamente en su origen celular y en los diferentes nombres que reciben segun su localización en el organismo. Las CDs se originan a partir de prercursores hematopoyéticos con excepción de las CDs foliculares (se originan de precursores mesenquimales). Las CDs de origen hematopoyético se dividen en dos grupos: las de origen linfoide y mieloide. La multiplicidad en las funciones de las CDs en la regulación de la respuesta inmune innata, adaptativa, y/o tolerancia, refleja la diversidad en sus linajes con respecto a su origen y plasticidad funcional. Con la ayuda de herramientas moleculares y de citometría de flujo, ha sido posible agruparlas con base a la expresión de genes y al perfil de receptores expresados en su superficie. Estudios recientes han puesto particular énfasis en comprender la función especifica de cada uno de los linajes, ya que estos determinan la naturaleza de la respuesta immune que pueden desencadenar/favorecer [5, 6, 15, 16, 19, 21, 22].
Por el papel tan importante que desempeñan en el sistema immune (activación de células B y T), las DCs sobresalen de otras células presentadoras de antígeno (APC) debido a su alta eficiencia en la captura, procesamiento y presentación de antígenos. Estudios recientes en fase clínica y preclínica han sacado el mayor provecho de las características de estas células para hacer mas eficientes las vacunas [5, 6, 15, 20, 21, 22]. Una gran variedad de estrategias se han empleado para entregar los antígenos a las DCs, entre estas se incluye el uso de anticuerpos y nanopartículas sintéticas [5, 6, 21, 22]. La administración de antígenos conjugados a ligandos naturales expresados en las DCs o de anticuerpos específicos contra receptores ha sido ampliamente estudiada como medio para el direccionamiento in vivo de antígenos, para hacer más eficiente su captura y presentación. A mediados de los años ochenta, se hizo más evidente que algunos anticuerpos eran capaces de inducir una respuesta inmune dependiente de células T al facilitar la internalización de antígenos; debido a que el ligando natural de los receptores Fc es la región constante (cristalizable) de los anticuerpos [5, 6, 21, 22]. Con estas evidencias, surge la siguiente hipótesis: si los antígenos son dirigidos a las moléculas expresadas en la superficie de células presentadoras de antígeno, ¿será posible estimular (amplificar) la respuesta inmune modulada por células T? [5, 6, 21, 22]. En experimentos pioneros realizados por Snider y Segal, a finales de los 80's, por medio del uso de anticuerpos específicos contra los receptores de IgG (FcyRs) y el MHC, dirigieron antígenos a las células presentadoras de antígeno obteniendo como resultado la amplificación del proceso de presentación de antígeno a las células T en un modelo in vitro [23]. Estos resultados después fueron corroborados in vivo, donde se muestra una fuerte respuesta humoral contra los antígenos dirigidos a estos receptores en ausencia de adyuvante [5, 6, 21, 22].
Sin embargo, la expansión de esta estrategia realmente comenzó a principios del nuevo milenio con la identificación de los receptores de lectinas expresados en las celulas dendriticas. Ralph Steinman y sus colegas describieron por primera vez las interesentantes propiedades de anticuerpos que reconocen el receptor de lectina de tipo C, DEC-205; el cual es utilizado en el direccionamiento in vivo de antígenos tumorales a DCs [24, 25, 27]. Con este descubrimiento se inicia una nueva etapa en el diseño de vacunas basadas en el direccionamiento de antígenos a las CDs. Actualmente esta estrategia se emplea para tratar diversos tipos de cáncer, enfermedades infecciosas, tales como HIV-1, o para atender enfermedades autoinmunes. En la tabla I se muestran los receptores más representativos que han sido empleados para dirigir antígenos a las células dendríticas [6, 24, 25, 26, 27].
Caja de herramientas inmunológicas para producir vacunas
La base conceptual de las nuevas vacunas se sustentan en la plataforma experimental propuesta por Daniel Hawiger y Ralph Steinman [28-29], la cual consiste en hacer las proteínas de fusión anticuerpo:antígeno utilizando herramientas de biología molecular e ingeniería de proteínas, con esta metodología es posible unir antígenos a los anticuerpos (sin modificarlos quimicamente) y expresarlos en sistemas heterólogos para obtener los prototipos de vacunas que podrían ser empleados para tratar VIH-1, tuberculosis, alergias, diabetes o cánceres específicos. Esta plataforma permite enlazar el antígeno seleccionado a un anticuerpo específico que sirve como acarreador para entregarlo directamente a las células dendríticas a través de receptores, tales como DEC-205, Dectina, Langerina, DC-ASGPR, DC-SIGN, etc. Este tipo de procedimiento de inmunización requiere adyuvantes, tales como ligandos de TLR, para activar a las células dendríticas [1, 5, 7, 13, 15, 20, 22, 24, 27, 30].
Tabla 1. Direccionamiento de antígenos vía receptores expresados en la superficie de las células dendríticas y que además involucran mecanismos de internalización. Adaptado de Nature Immunology Reviews, 2014. Dendritic cell-targeted vaccines - hope or hype?
En resumen, el diseño de las vacunas basadas en el direccionamiento de antígenos a las de células dendríticas implica una matriz matemática en la que intervienen variantes tales como: el receptor al cual sera dirigido un determinado antígeno, la señal de activación y el linaje de células dendríticas. Los detalles se describen en la figura 3.
Figura 3. Estrategia para la formulación de vacunas basadas en el direccionamiento de antígenos a células dendríticas. La preparación require de la selección de acarreadores (anticuerpos monoclonales contra un receptor determinado), antígenos, adyuvantes así como la elección del tipo de linaje celular. El resultado de este procedimiento se traduce en una plataforma versátil para el diseño y desarrollo de nuevas vacunas.
CONCLUSIONES
En los últimos años más de un centenar de estudios han evaluado la estrategia del direccionamiento de antígenos a las células dendríticas en su capacidad de estimular la respuesta inmune mediada por células T y anticuerpos. La mayoría de estos ensayos han sido llevados a cabo in vivo en modelos murinos o in vitro utilizando células humanas. Sin embargo, los experimentos futuros tendrán que llevarse a cabo en ratones humanizados, empleando antígenos mucho mas fisiológicos, para después escalar los ensayos en primates no humanos para evaluarlos en su capacidad de estimular respuestas inmunes efectivas e idealmente tendrán que complementarse con estudios de protección. Las vacunas basadas en el direccionamiento antígenos a las células dendríticas constituyen una estrategia elegante para mejorar los mecanismos de inmunidad. Muchos desafíos tecnológicos y fisiológicos tienen que ser superados, para avanzar hacia una nueva generación de vacunas con un impacto contundente en la protección humana contra la infección de agentes patógenos y tumores.
Hace algunos años era prácticamente imposible pensar en el uso terapias celulares para tratar patologías complejas, tal es el caso del cáncer y enfermedades autoinmunes. Sin embargo, los avances biotecnológicos en la ciencia han permitido el uso de células en estos tratamientos. La aplicación de células dendríticas (CDs) o células no diferenciadas ha contribuido en mejorar la expectativa y calidad de vida en pacientes para quienes los tratamientos convencionales no han tenido buen resultado.
CONFLICTO DE INTERÉS
Los autores no presentan ningún conflicto de interés
AGRADECIMIENTOS
Los autores agradecen el apoyo brindado por los Drs. Luis Carlos Hinojos y Bernardo Enriquez. ARCG y GPES reciben apoyo a profesores de tiempo completo de nuevo ingreso, por parte de SEP - PRODEP.
GLOSARIO
Adyuvantes. Agentes que se mezclan con un antígeno e incrementan la respuesta inmune a un antígeno después de la inmunización.
Antígeno. Una toxina o sustancia extraña que induce una respuesta immune en el organismo, principalmente la producción de anticuerpos.
Lectina tipo C. Receptores que se unen carbohidratos de manera dependiente de calcio. Pueden ser clasificados con base a sus propiedades de señalización, que también influyen en el señalamiento celular del receptor internalizado y posterior presentación del antígeno unido.
Patrones moleculares asociados a patógenos (PAMPs). Moléculas asociadas con grupos de patógenos, las cuales son reconocidas por las células del sistema inmune innato. Estas moléculas pueden ser descritas como pequeños sitios molecualres conservados dentro de una clase de microorganismos. Son reconocidos por los receptores Toll (TLR) y otros receptores de reconocimiento de patrones (PRRs), tanto en vegetales como en animales. Una amplia gama de moléculas pueden funcionar como PAMPs, tales como, glucanos y glucoconjugados.
Receptores de reconocimiento de patrones (PRR). Proteínas expresadas por células del sistema inmune innato, las cuales detectan moléculas asociadas a patógenos microbianos o estrés celular.
Receptor tipo Toll (TLR). Receptor de reconocimiento de patrones conservados. Estas moléculas se localizan intracelularmente y también en la superficie celular de macrófagos, células dendríticas, células B y células epiteliales intestinales. Sus ligandos naturales son patrones moleculares conservados, conocidos como patrones moleculares asociados a patógenos que se encuentran en bacterias, virus y hongos.