En la novela de 1966, Fantastic Voyage, escrita por el bioquímico y autor Isaac Asimov, un grupo de personas se miniaturiza para viajar por el cuerpo de un científico y salvarlo de un coágulo de sangre en su cerebro.
Para el virólogo y experto en gripe Yoshihiro Kawaoka de la Universidad de Wisconsin-Madison, ver por primera vez una infección de influenza real y activa en los pulmones de ratones vivos fue una reminiscencia de esta pieza de ciencia ficción de 50 años, que también fue adaptadaen una película.
Publicación hoy 25 de junio de 2018 en el Actas de la Academia Nacional de Ciencias Kawaoka y su equipo describen una nueva herramienta que llaman FluVision, que les permite presenciar la infección de influenza en un animal vivo en acción. Además, proporciona una ventana a un mundo que nunca antes habían visto, permitiendo a los científicos observar y comprender mejorqué sucede cuando un virus infecta los pulmones y el cuerpo responde.
"Ahora podemos ver el interior del cuerpo en tiempo real en animales infectados con virus", dice el profesor de ciencias patobiológicas UW-Madison en la Facultad de Medicina Veterinaria UW-Madison. "Es como si pudiéramos encogernos y entrar alcuerpo."
Al hacerlo, los científicos han documentado diferencias en la acción de dos cepas diferentes de gripe, presenciaron virus de influenza a medida que se propagaban en los pulmones, mostraron una reducción en la velocidad del flujo sanguíneo en áreas infectadas de los pulmones, observaron la activación y el comportamientode células inmunes llamadas neutrófilos, y revelaron algunos de los daños que puede causar la infección con una cepa de gripe altamente patógena.
Notablemente, la infección con una cepa de influenza altamente patógena, la "gripe aviar", H5N1, se produce más rápidamente y causa más daño que la infección con una cepa humana más leve y adaptada al ratón: H1N1. La patogenicidad se refiere a lacapacidad de un virus para causar enfermedades.
Para examinar microscópicamente dentro de los pulmones de los ratones vivos, el equipo de Kawaoka tuvo que superar varios desafíos. El primero fue encontrar tecnología que les permitiera ver a través de los pulmones. Otro grupo fue pionero en esto con un enfoque llamado microscopía de excitación de dos fotones,y el equipo de Kawaoka lo adaptó para su estudio.
El equipo tuvo que construir un sistema que le permitiera trabajar con los virus de la influenza en un alto nivel de bioseguridad - nivel de bioseguridad tres - mientras que también permitía a los técnicos acceder a la fuente de láser requerida para ver objetos de interés en los pulmones.El autor Hiroshi Ueki ayudó a diseñar un sistema en el que el láser se encuentra fuera del espacio de laboratorio de alta contención, dirigido a través de una pequeña ventana de vidrio a un microscopio dentro del laboratorio, todo construido sobre plataformas estabilizadas que tuvieron que estar físicamente separadas pero virtualmente conectadas.
El equipo de Kawaoka también tuvo que crear virus marcados con fluorescencia que podrían usarse para infectar a los ratones y verse con el láser bajo el microscopio, pero que también funcionaban de manera similar a los virus encontrados en la naturaleza. Ellos llaman a la tecnología Color-flu.
Además, los investigadores tuvieron que desarrollar un método para mantener una porción del pulmón inmóvil mientras el ratón respiraba para poder obtener imágenes y videos de alta calidad. El equipo tenía un pequeño dispositivo hecho a medida llamado ventana torácica, que según Kawaoka ha sido patentado, utiliza un vacío para estabilizar una pequeña porción de pulmón expuesto quirúrgicamente durante la imagen.
Para el estudio, los investigadores infectaron ratones con H5N1 o H1N1 marcados con fluorescencia. Dos días después de la infección, pudieron ver células en el pulmón infectadas con partículas de virus. El número de estas células alcanzó su punto máximo tres días después de la infección y fueronmayor en pulmones infectados con H5N1.
El flujo sanguíneo en los capilares de los pulmones infectados con influenza disminuyó después de la infección con cualquiera de los virus, aunque en menor medida en ratones infectados con H1N1. Esto sugiere que los virus afectan el sistema vascular antes de causar daño pulmonar.
Los pulmones de los ratones infectados con H5N1 también se volvieron "permeables" dos días después de la exposición al virus, por lo que el contenido de los capilares penetraba en los pequeños sacos de aire de los pulmones, llamados alvéolos. Esto también se asoció con un aumento en el número decélulas muertas en los pulmones.
"Claramente, algo está mal con los capilares pulmonares", dice Kawaoka, quien también es profesor en la Universidad de Tokio, donde se realizó el trabajo. "La razón por la que vemos esta fuga es que las uniones entre las células endoteliales que forman los vasos en los pulmones se aflojan por alguna razón. Hemos documentado esto por primera vez "
Estudiar los mecanismos de infección puede ser algo así como un esfuerzo de huevo y gallina, porque una vez que comienza la infección, también lo hace la respuesta del cuerpo, desencadenando una cascada de acciones que también pueden causar algunos de los daños asociados con el patógeno.Esto, como la fuga pulmonar observada por el equipo de Kawaoka, puede ayudar al cuerpo a responder, dice. Esta relación entre el virus y el huésped es lo que impulsa gran parte de la curiosidad de Kawaoka.
Su equipo decidió observar las células inmunes llamadas neutrófilos, una de las primeras líneas de defensa del cuerpo. Su acción puede causar inflamación. En ratones infectados con H5N1, los neutrófilos fueron reclutados a los pulmones el primer día después de la exposición, llegando a ser seis vecesmás frecuente. Se duplicaron en los pulmones de los ratones infectados con H1N1.
Después de que el número de células infectadas con influenza alcanzó su punto máximo en el día tres, los números de neutrófilos disminuyeron, pero los que permanecieron se comportaron de manera diferente a los neutrófilos en ratones sanos.
El equipo descubrió que los neutrófilos muestran dos tipos de movimiento: lento y rápido. En los pulmones infectados con influenza, los neutrófilos que permanecieron después del día pico mostraron una disminución en el movimiento rápido y pasaron más tiempo moviéndose lentamente, como buscando células infectadas.
"Todavía no sabemos por qué y qué están haciendo", dice Kawaoka, pero, señala, esta es la primera vez que se documenta este comportamiento. Y para él, es una motivación para profundizar aún más, yAdaptar la tecnología a otros virus respiratorios.
"Estamos viendo los mecanismos del sistema inmune en funcionamiento", dice. "Estas son las cosas que descubres y es emocionante, pero ahora tenemos que descubrir qué está pasando".
El estudio fue financiado por numerosas subvenciones federales de la nación de Japón y por la Sociedad Japonesa para la Promoción de la Ciencia.
Fuente de la historia :
Materiales proporcionado por Universidad de Wisconsin-Madison . Original escrito por Kelly April Tyrrell. Nota: El contenido puede ser editado por estilo y longitud.
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