image: Carla Maximo Prado, scientist from the Health & Society Institute of the Federal University of São Paulo (UNIFESP) and principal investigator of the study. view more
Credit: Agencia FAPESP
Basta con pitar una vez un cigarrillo y la nicotina inhalada junto con el humo se absorbe a través de los pulmones, entra en el torrente sanguíneo y casi instantáneamente activa sobre la superficie de las células nerviosas los llamados receptores nicotínicos de acetilcolina, causando la sensación de euforia seguida por una relajación que la vuelve tan adictiva.
Está comprobado que el hábito de fumar puede causar enfermedades graves, tales como enfisema y cáncer. Pero un nuevo estudio ha revelado que el estímulo farmacológico de un tipo específico de receptor nicotínico en células del sistema inmunológico puede constituir una estrategia tendiente a tratar enfermedades pulmonares inflamatorias.
En este caso, el efecto terapéutico está asociado con la activación de receptores nicotínicos del subtipo alfa-7 en macrófagos, las células que forman la línea de frente del sistema inmunológico y se encargan de desencadenar la respuesta inflamatoria ante una potencial amenaza.
La investigadora Carla Máximo Prado, del Instituto de Salud y Sociedad (ISS-Unifesp), dio a conocer resultados de esta investigación, realizada en la Universidad Federal de São Paulo (Unifesp) con el apoyo de la FAPESP. Lo hizo durante una conferencia que tuvo lugar el día 4 de septiembre en la 32ª Reunión Anual de la Federación de Sociedades de Biología Experimental (FeSBE), realizada en la ciudad de Campos do Jordão, en el estado de São Paulo, en Brasil.
En test con animales, la estimulación específica de los receptores nicotínicos del subtipo alfa-7 con una droga experimental llamada PNU-282987 redujo la inflamación en un cuadro alérgico crónico similar al del asma, y en un modelo de inflamación pulmonar análogo al del Síndrome de Dificultad Respiratoria Aguda (SDRA), una insuficiencia respiratoria causada fundamentalmente por la acumulación de líquido en los pulmones, normalmente asociada con un proceso infeccioso, comentó Máximo Prado en entrevista concedida a Agência FAPESP.
Tal como explicó la investigadora, tanto los receptores nicotínicos como otro grupo de receptores celulares conocidos como muscarínicos forman parte del llamado sistema colinérgico, una rama del sistema nervioso que tiene como principal neurotransmisor a la acetilcolina.
En los pulmones, inicialmente, la acetilcolina se volvió conocida debido a su acción broncoconstrictora, es decir, de angostamiento de las vías aéreas. Diversos medicamentos utilizados en el tratamiento del asma y de la enfermedad pulmonar obstructiva crónica (EPOC) tienen como principio activo sustancias que impiden que la acetilcolina se una a los receptores muscarínicos.
Con todo, estudios más recientes sugieren que ese mismo neurotransmisor tendría un efecto protector en los pulmones que estaría relacionado con la activación de los receptores nicotínicos.
En un estudio anterior, realizado en colaboración con científicos de la University of Western Ontario, en Canadá, el grupo de la Unifesp observó que ratones genéticamente modificados para no expresar una proteína llamada VAChT que actúa como transportadora de acetilcolina y, por eso mismo, permite su liberación en la zona de la sinapsis presentaron una respuesta inflamatoria exacerbada en los pulmones aun cuando no padecían ningún tipo de enfermedad o alergia.
Esos animales muestran una reducción del 75% en la liberación de acetilcolina y, como consecuencia de ello, sufren un proceso de inflamación y de remodelado de las vías aéreas similar al de los portadores de asma. Exhiben aún alteración en las vías de señalización celular implicadas en la respuesta inflamatoria pulmonar, comentó Máximo Prado.
Estos resultados salieron publicados en un artículo de la revista PLOS ONE en 2015.
A partir de estos hallazgos, el grupo de la Unifesp decidió poner a prueba la hipótesis de que al estimular del sistema colinérgico con un fármaco capaz de unirse al tipo específico de los receptores nicotínicos podría mitigar cuadros inflamatorios en los pulmones de animales sin la modificación genética.
Resultados prometedores
Las primeras pruebas se realizaron en un modelo clásico de lesión pulmonar aguda. Para inducir un cuadro similar al del SDRA, los investigadores inyectaron en la tráquea de los ratones una toxina extraída de la membrana de bacterias gramnegativas, el lipopolisacárido bacteriano (LPS).
A algunos de los animales les aplicamos un tratamiento con PNU-282987, un compuesto que estimula al receptor nicotínico alfa-7, alrededor de 30 minutos antes de inyectarles el LPS. Con otro grupo, el tratamiento se realizó seis horas después de la inyección, cuando la inflamación llega a su apogeo. En ambos casos, observamos una merma significativa de la inflamación en comparación con los roedores no tratados, comentó Máximo Prado.
Aparte de reducir el edema pulmonar (la inflamación del órgano), este tratamiento disminuyó la liberación desde las células inmunitarias de moléculas proinflamatorias tales como la interleucina-1-beta (IL-1β), el factor de necrosis tumoral alfa (TNF-α) y la interleucina-6 (IL-6). Al analizar el lavado broncoalveolar (la instilación seguida de aspiración de suero fisiológico en los pulmones), el grupo detectó una merma de la presencia de células inmunitarias, particularmente neutrófilos y macrófagos.
También evaluamos el efecto de esta droga en macrófagos aislados de pulmones y observamos que el porcentaje del tipo M-1, que tiene un perfil proinflamatorio, se encontraba reducido. Al mismo tiempo, había aumentado el porcentaje de macrófagos M-2, un tipo más relacionado con la reparación de tejidos lesionados. Asociado a esto, se registró una mejoría de la función pulmonar en los animales tratados, explicó Máximo Prado.
Por último, los investigadores observaron en el tejido pulmonar que el tratamiento redujo la activación de la proteína NF-kB, un factor de transcripción que estimula la producción de moléculas inflamatorias en las células del sistema inmunológico.
Una parte de los experimentos se realizó durante la maestría y el doctorado () de Nathalia Montouro Pinheiro, becaria de la FAPESP. También colaboraron los investigadores Milton de Arruda y Iolanda Tibério, de la Facultad de Medicina de la Universidad de São Paulo (FMUSP), además de Niels Câmara, del Instituto de Ciencias Biomédicas de la USP.
Los datos se dieron a conocer en un artículo publicado en 2017 en FASEB Journal.
Tal como comentó Máximo Prado, el tratamiento también surtió un efecto positivo en el modelo de inflamación crónica, en el cual se adoptó un método clásico de inducción de asma. Este procedimiento consiste en sensibilizar el sistema inmunológico de los roedores mediante la aplicación de dos inyecciones de la proteína ovoalbúmina uno de los principales componentes de la clara de huevo asociada a una sustancia adyuvante, que potencializa la respuesta inmunitaria a ese antígeno. Al cabo de 21 días, la misma proteína contra la cual el sistema inmunológico de los animales ya ha desarrollado anticuerpos es inhalada en cuatro momentos distintos.
En este modelo el animal desarrolla una respuesta inflamatoria crónica que termina derivando en un remodelado de las vías aéreas. Se produce la precipitación de colágeno en las vías aéreas, además de la hipertrofia de las células productoras de moco y de las células de la musculatura lisa. Todo esto, asociado a una respuesta inflamatoria crónica, termina resultando en una pérdida de función pulmonar, explicó Máximo Prado.
Con algunos ratones se aplicó el tratamiento con PNU-282987 a partir del 21º día después de la primera inyección de ovoalbúmina, al tiempo que empezaron los desafíos inhalatorios con el antígeno. El tratamiento se llevó a cabo mediante inyecciones en el vientre durante siete días.
Observamos una disminución del proceso de remodelado pulmonar y una merma en el lavado broncoalveolar de la presencia de eosinófilos, el principal tipo de células inmunitarias asociadas al asma, comentó Máximo Prado.
Estos experimentos forman parte del proyecto de doctorado de la alumna Cláudia Pontes.
La cura de las plantas
También durante la FeSBE, Máximo Prado presentó los resultados de una segunda línea de investigación destinada a probar en modelos de asma y de SDRA un tratamiento con sakuranetina, un flavonoide aislado de la Baccharis retusa, una planta encontrada en la zona serrana de Serra da Mantiqueira, en Brasil, y perteneciente a la misma familia que el girasol (Asteraceae).
Demostramos que la sakuranetina tiene un efecto tanto preventivo como terapéutico. Estamos intentando entender en qué mecanismos actúa el compuesto, es decir, qué vías de señalización celular inhibe o amplifica para aportar la acción antiinflamatoria. (Lea más en: http://agencia.fapesp.br/20708).
Otro fitoquímico en estudio en el laboratorio de Máximo Prado es el diidrodieugenol, aislado de la planta Nectandra leucanta, una especie de la familia del aguacate (Lauraceae). La gran ventaja de este compuesto es la facilidad de su síntesis en laboratorio con reactivos sencillos y baratos. Los resultados fueron prometedores fundamentalmente en el modelo de asma, comentó Máximo Prado. Estos estudios forman parte del proyecto de Iniciación a la Investigación Científica de Rafael Cossi, becario de la FAPESP, y del doctorado de Fernanda Roncon.
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Los estudios con los compuestos naturales se realizan en colaboración con el profesor de la Universidad Federal del ABC (UFABC) João Henrique Ghilardi Lago.
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