La inmunología es una rama de la biología y la medicina [1] que abarca el estudio de los sistemas inmunes [2] en todos los organismos .
La inmunología grafica, mide y contextualiza el funcionamiento fisiológico del sistema inmunológico en estados de salud y enfermedad; disfunciones del sistema inmunológico en trastornos inmunológicos (como enfermedades autoinmunes , hipersensibilidades , [3] inmunodeficiencia , [4] y rechazo de trasplantes [5] ); y las características físicas, químicas y fisiológicas de los componentes del sistema inmunológico in vitro , [6] in situ e in vivo . [7] La inmunología tiene aplicaciones en numerosas disciplinas de la medicina, particularmente en los campos del trasplante de órganos, oncología, reumatología, virología, bacteriología, parasitología, psiquiatría y dermatología.
El término fue acuñado por el biólogo ruso Ilya Ilyich Mechnikov , [8] quien avanzó en los estudios sobre inmunología y recibió el Premio Nobel por su trabajo en 1908 junto con Paul Ehrlich "en reconocimiento a su trabajo sobre inmunidad". Clavó pequeñas espinas en larvas de estrellas de mar y notó células inusuales alrededor de las espinas. Esta era la respuesta activa del cuerpo tratando de mantener su integridad. Fue Mechnikov quien observó por primera vez el fenómeno de la fagocitosis , [9] en el que el cuerpo se defiende contra un cuerpo extraño. Ehrlich acostumbró a los ratones a los venenos ricina y abrina. Después de alimentarlos con dosis pequeñas pero crecientes de ricina, comprobó que se habían vuelto "a prueba de ricina". Ehrlich interpretó esto como inmunización y observó que se iniciaba abruptamente después de unos días y todavía existía después de varios meses.
Antes de la designación de inmunidad , [10] de la raíz etimológica immunis , que en latín significa 'exento', los primeros médicos caracterizaron los órganos que más tarde se demostrarían como componentes esenciales del sistema inmunológico. Los órganos linfoides importantes del sistema inmunológico son el timo , [11] la médula ósea y los principales tejidos linfáticos como el bazo , las amígdalas , los vasos linfáticos , los ganglios linfáticos , los adenoides y el hígado . Sin embargo, muchos componentes del sistema inmunológico son de naturaleza celular y no están asociados con órganos específicos, sino que están incrustados o circulan en varios tejidos ubicados en todo el cuerpo.
La inmunología clásica se relaciona con los campos de la epidemiología y la medicina . Estudia la relación entre los sistemas corporales, los patógenos y la inmunidad. La primera mención escrita de la inmunidad se remonta a la plaga de Atenas en el año 430 a. C. Tucídides observó que las personas que se habían recuperado de un episodio anterior de la enfermedad podían cuidar a los enfermos sin contraer la enfermedad una segunda vez. [12] Muchas otras sociedades antiguas tienen referencias a este fenómeno, pero no fue hasta los siglos XIX y XX cuando el concepto se convirtió en una teoría científica.
El estudio de los componentes moleculares y celulares que forman el sistema inmunitario, incluyendo su función e interacción, es la ciencia central de la inmunología. El sistema inmunitario se ha dividido en un sistema inmunitario innato más primitivo y, en los vertebrados , un sistema inmunitario adquirido o adaptativo . Este último se divide a su vez en componentes humorales (o de anticuerpos ) y mediados por células . [ cita requerida ]
El sistema inmunológico tiene la capacidad de reconocerse a sí mismo y a los demás. [13] Un antígeno es una sustancia que desencadena la respuesta inmunitaria. Las células implicadas en el reconocimiento del antígeno son los linfocitos. Una vez que lo reconocen, secretan anticuerpos. Los anticuerpos son proteínas que neutralizan los microorganismos que causan enfermedades. Los anticuerpos no matan directamente a los patógenos, sino que identifican a los antígenos como objetivos para su destrucción por otras células inmunitarias, como los fagocitos o las células NK.
La respuesta (anticuerpo) se define como la interacción entre anticuerpos y antígenos . [14] Los anticuerpos son proteínas específicas liberadas por una determinada clase de células inmunes conocidas como linfocitos B , mientras que los antígenos se definen como cualquier cosa que provoque la generación de anticuerpos ( generadores de anticuerpos ) . La inmunología se basa en la comprensión de las propiedades de estas dos entidades biológicas y la respuesta celular a ambas.
En la actualidad, resulta cada vez más evidente que las respuestas inmunitarias contribuyen al desarrollo de muchos trastornos comunes que tradicionalmente no se consideraban inmunológicos, [15] entre ellos, enfermedades metabólicas, cardiovasculares, cáncer y enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Alzheimer. Además, el sistema inmunitario también tiene implicaciones directas en las enfermedades infecciosas (tuberculosis, malaria, hepatitis, neumonía, disentería e infestaciones por helmintos). Por lo tanto, la investigación en el campo de la inmunología es de suma importancia para los avances en los campos de la medicina moderna, la investigación biomédica y la biotecnología.
La investigación inmunológica continúa especializándose y persigue modelos no clásicos de inmunidad y funciones de células, órganos y sistemas que antes no estaban asociados con el sistema inmunológico (Yemeserach 2010).
La especificidad de la unión entre el anticuerpo y el antígeno ha hecho que el anticuerpo sea una excelente herramienta para la detección de sustancias mediante una variedad de técnicas de diagnóstico. Los anticuerpos específicos para un antígeno deseado pueden conjugarse con un marcador isotópico (radio) o fluorescente o con una enzima formadora de color para detectarlo. Sin embargo, la similitud entre algunos antígenos puede conducir a falsos positivos y otros errores en dichas pruebas debido a que los anticuerpos reaccionan de forma cruzada con antígenos que no son exactamente iguales. [16]
El uso de componentes del sistema inmunitario o antígenos para tratar una enfermedad o trastorno se conoce como inmunoterapia . La inmunoterapia se utiliza con mayor frecuencia para tratar alergias, trastornos autoinmunes como la enfermedad de Crohn , la tiroiditis de Hashimoto y la artritis reumatoide , y ciertos tipos de cáncer . La inmunoterapia también se utiliza a menudo para pacientes inmunodeprimidos (como aquellos con VIH ) y personas con otras deficiencias inmunitarias. Esto incluye factores reguladores como IL-2, IL-10, GM-CSF B, IFN-α.
La inmunología clínica estudia las enfermedades causadas por trastornos del sistema inmunitario (fallas, acciones aberrantes y crecimiento maligno de los elementos celulares del sistema). También abarca las enfermedades de otros sistemas, en las que las reacciones inmunitarias desempeñan un papel en la patología y las características clínicas.
Las enfermedades causadas por trastornos del sistema inmunológico se dividen en dos grandes categorías:
Otros trastornos del sistema inmunológico incluyen diversas hipersensibilidades (como en el asma y otras alergias ) que responden de manera inapropiada a compuestos que de otro modo serían inofensivos .
La enfermedad más conocida que afecta al propio sistema inmune es el SIDA , una inmunodeficiencia caracterizada por la supresión de las células T CD4+ ("auxiliares") , células dendríticas y macrófagos por el virus de la inmunodeficiencia humana (VIH).
Los inmunólogos clínicos también estudian formas de prevenir los intentos del sistema inmunológico de destruir los aloinjertos ( rechazo del trasplante ). [17]
La inmunología clínica y la alergia suelen ser una subespecialidad de la medicina interna o la pediatría . Los becarios de inmunología clínica suelen estar expuestos a muchos de los diferentes aspectos de la especialidad y tratan afecciones alérgicas, inmunodeficiencias primarias y afecciones autoinmunes y autoinflamatorias sistémicas. Como parte de su formación, los becarios pueden realizar rotaciones adicionales en reumatología , neumología , otorrinolaringología , dermatología y el laboratorio inmunológico. [18]
Cuando las condiciones de salud empeoran hasta alcanzar un estado de emergencia, se pueden extirpar quirúrgicamente partes de los órganos del sistema inmunitario, incluidos el timo, el bazo, la médula ósea, los ganglios linfáticos y otros tejidos linfáticos, para examinarlos mientras los pacientes aún están vivos.
La inmunología es una disciplina fuertemente experimental en la práctica diaria, pero también se caracteriza por una actitud teórica permanente. Desde finales del siglo XIX hasta la actualidad se han propuesto muchas teorías en inmunología. A finales del siglo XIX y principios del XX se produjo una batalla entre las teorías "celulares" y "humorales" de la inmunidad. Según la teoría celular de la inmunidad, representada en particular por Elie Metchnikoff , eran las células, más precisamente, los fagocitos, los responsables de las respuestas inmunitarias. En cambio, la teoría humoral de la inmunidad, defendida por Robert Koch [19] y Emil von Behring [20] , entre otros, afirmaba que los agentes inmunitarios activos eran componentes solubles (moléculas) que se encontraban en los "humores" del organismo y no en sus células. [21] [22] [23]
A mediados de la década de 1950, Macfarlane Burnet , inspirado por una sugerencia de Niels Jerne , [24] formuló la teoría de selección clonal (CST) de la inmunidad. [25] Sobre la base de la CST, Burnet desarrolló una teoría de cómo se desencadena una respuesta inmunitaria según la distinción entre lo propio y lo ajeno: los constituyentes "propios" (constituyentes del cuerpo) no desencadenan respuestas inmunitarias destructivas, mientras que las entidades "ajenas" (por ejemplo, patógenos, un aloinjerto) desencadenan una respuesta inmunitaria destructiva. [26] La teoría se modificó posteriormente para reflejar nuevos descubrimientos sobre la histocompatibilidad o la compleja activación de "dos señales" de las células T. [27] La teoría de la inmunidad entre lo propio y lo ajeno y el vocabulario entre lo propio y lo ajeno han sido criticados, [23] [28] [29] pero siguen siendo muy influyentes. [30] [31]
Más recientemente, se han sugerido varios marcos teóricos en inmunología, incluyendo las visiones " autopoiéticas ", [32] las visiones "inmunes cognitivas", [33] el " modelo de peligro " (o "teoría del peligro"), [28] y la teoría de la "discontinuidad". [34] [35] El modelo de peligro, sugerido por Polly Matzinger y colegas, ha sido muy influyente, suscitando muchos comentarios y discusiones. [36] [37] [38] [39]
La capacidad del cuerpo para reaccionar a los antígenos depende de la edad de la persona, el tipo de antígeno, los factores maternos y el área donde se presenta el antígeno. [40] Se dice que los neonatos están en un estado de inmunodeficiencia fisiológica, porque tanto sus respuestas inmunológicas innatas como adaptativas están muy suprimidas. Una vez nacido, el sistema inmunológico de un niño responde favorablemente a los antígenos proteicos, pero no tan bien a las glicoproteínas y los polisacáridos . De hecho, muchas de las infecciones adquiridas por los neonatos son causadas por organismos de baja virulencia como Staphylococcus y Pseudomonas . En los neonatos, la actividad opsónica y la capacidad de activar la cascada del complemento son muy limitadas. Por ejemplo, el nivel medio de C3 en un recién nacido es aproximadamente el 65% del que se encuentra en el adulto. La actividad fagocítica también está muy deteriorada en los recién nacidos. Esto se debe a una menor actividad opsónica, así como a una menor regulación positiva de los receptores de integrina y selectina , que limitan la capacidad de los neutrófilos para interactuar con las moléculas de adhesión en el endotelio . Sus monocitos son lentos y tienen una producción reducida de ATP , lo que también limita la actividad fagocítica del recién nacido. Aunque el número total de linfocitos es significativamente mayor que en los adultos, la inmunidad celular y humoral también está deteriorada. Las células presentadoras de antígenos en los recién nacidos tienen una capacidad reducida para activar las células T. Además, las células T de un recién nacido proliferan poco y producen cantidades muy pequeñas de citocinas como IL-2, IL-4, IL-5, IL-12 e IFN-g, lo que limita su capacidad para activar la respuesta humoral, así como la actividad fagocítica de los macrófagos. Las células B se desarrollan temprano durante la gestación, pero no son completamente activas. [41]
Los factores maternos también juegan un papel en la respuesta inmune del cuerpo. Al nacer, la mayor parte de la inmunoglobulina presente es IgG materna. Estos anticuerpos se transfieren de la placenta al feto utilizando el FcRn (receptor Fc neonatal). [42] Debido a que IgM, IgD, IgE e IgA no cruzan la placenta, son casi indetectables al nacer. Parte de IgA es proporcionada por la leche materna . Estos anticuerpos adquiridos pasivamente pueden proteger al recién nacido hasta por 18 meses, pero su respuesta suele ser de corta duración y de baja afinidad . [41] Estos anticuerpos también pueden producir una respuesta negativa. Si un niño está expuesto al anticuerpo para un antígeno particular antes de estar expuesto al antígeno en sí, entonces el niño producirá una respuesta atenuada. Los anticuerpos maternos adquiridos pasivamente pueden suprimir la respuesta de anticuerpos a la inmunización activa. De manera similar, la respuesta de las células T a la vacunación difiere en los niños en comparación con los adultos, y las vacunas que inducen respuestas Th1 en adultos no provocan fácilmente estas mismas respuestas en los neonatos. [41] Entre los seis y nueve meses después del nacimiento, el sistema inmunológico del niño comienza a responder con más fuerza a las glicoproteínas , pero no suele haber una mejora notable en su respuesta a los polisacáridos hasta que tiene al menos un año de edad. Esta puede ser la razón de que se encuentren distintos plazos en los calendarios de vacunación . [43] [44]
Durante la adolescencia, el cuerpo humano experimenta diversos cambios físicos, fisiológicos e inmunológicos desencadenados y mediados por hormonas , de las cuales la más significativa en las mujeres es el 17-β-estradiol (un estrógeno ) y, en los hombres, es la testosterona . El estradiol suele empezar a actuar alrededor de los 10 años y la testosterona algunos meses después. [45] Hay evidencia de que estos esteroides no sólo actúan directamente sobre las características sexuales primarias y secundarias , sino que también tienen un efecto sobre el desarrollo y regulación del sistema inmunológico, [46] incluyendo un mayor riesgo de desarrollar autoinmunidad pubescente y postpubescente. [47] También hay alguna evidencia de que los receptores de la superficie celular en las células B y los macrófagos pueden detectar hormonas sexuales en el sistema. [48]
Se ha demostrado que la hormona sexual femenina 17-β-estradiol regula el nivel de respuesta inmunológica, [49] mientras que algunos andrógenos masculinos como la testosterona parecen suprimir la respuesta de estrés a la infección. Sin embargo, otros andrógenos, como la DHEA , aumentan la respuesta inmunológica. [50] Al igual que en las mujeres, las hormonas sexuales masculinas parecen tener un mayor control del sistema inmunológico durante la pubertad y la pospubertad que durante el resto de la vida adulta de un hombre.
Los cambios físicos durante la pubertad, como la involución tímica, también afectan la respuesta inmunológica. [51]
La ecoinmunología, o inmunología ecológica, explora la relación entre el sistema inmune de un organismo y su entorno social, biótico y abiótico.
La investigación ecoinmunológica más reciente se ha centrado en las defensas del huésped frente a patógenos tradicionalmente consideradas "no inmunológicas", como la evitación de patógenos , la automedicación, las defensas mediadas por simbiontes y las compensaciones de fecundidad. [52] La inmunidad conductual, una frase acuñada por Mark Schaller , se refiere específicamente a los impulsores psicológicos de evitación de patógenos, como el disgusto provocado por estímulos encontrados alrededor de individuos infectados con patógenos, como el olor del vómito . [53] De manera más amplia, la inmunidad ecológica "conductual" se ha demostrado en múltiples especies. Por ejemplo, la mariposa monarca a menudo pone sus huevos en ciertas especies tóxicas de algodoncillo cuando está infectada con parásitos. Estas toxinas reducen el crecimiento de parásitos en la descendencia de la monarca infectada. Sin embargo, cuando las mariposas monarca no infectadas se ven obligadas a alimentarse solo de estas plantas tóxicas, sufren un costo de aptitud en forma de reducción de la esperanza de vida en relación con otras mariposas monarca no infectadas. [54] Esto indica que poner huevos en plantas tóxicas es un comportamiento costoso en las mariposas monarcas que probablemente ha evolucionado para reducir la gravedad de la infección parasitaria. [52]
Las defensas mediadas por simbiontes también son heredables a través de generaciones de hospedadores, a pesar de una base directa no genética para la transmisión. Los pulgones , por ejemplo, dependen de varios simbiontes diferentes para defenderse de parásitos clave, y pueden transmitir verticalmente sus simbiontes de progenitores a descendientes. [55] Por lo tanto, un simbionte que confiere protección exitosamente contra un parásito tiene más probabilidades de ser transmitido a la descendencia del hospedador, lo que permite la coevolución con parásitos que atacan al hospedador de una manera similar a la inmunidad tradicional.
Los tejidos inmunes conservados de especies extintas, como el tilacino ( Thylacine cynocephalus ), también pueden proporcionar información sobre su biología. [56]
El estudio de la interacción del sistema inmunitario con las células cancerosas puede conducir a pruebas diagnósticas y terapias con las que detectar y combatir el cáncer. La inmunología se ocupa de la reacción fisiológica característica del estado inmunitario. La inflamación es una respuesta inmunitaria que se puede observar en muchos tipos de cáncer. [57]
Esta área de la inmunología se dedica al estudio de los aspectos inmunológicos del proceso reproductivo, incluida la aceptación del feto . El término también se ha utilizado en clínicas de fertilidad para abordar problemas de fertilidad, abortos recurrentes, partos prematuros y complicaciones peligrosas como la preeclampsia .
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