immunologia 207 p.

Il sistema immunitario

Estremamente complesso, collegato a tutti gli altri sistemi. Coesistenza microrganismi senza determinare patologia (difesa continua). Continuamente cementato da stimoli esterni e da vaccini.

Efficacia della vaccinazione

Immunodepressione

Situazione a volte drammatica.

• Congenita: terapia genica tramite cellule staminali e trasduzione.

Marcatori del self

Tolleranza al self: riconoscimento del non-self (estraneo) → elicitare risposta immunitaria.

Marcatori del non self

• Immunoglobuline o anticorpi, alla base di evoluzioni biotecnologiche, sono riassemblabili.
• Sistema del complemento (multiproteico).
• Citochine (fattori solubili) = messaggi rilasciati da particolari cellule verso altre.

Cellule del sistema immunitario

Derivano essenzialmente dal midollo osseo, contenente all’interno del midollo rosso, le cellule staminali (da bambini in tutte le ossa, negli adulti permangono solo in alcune → midollo giallo) che differenziano seguendo diverse vie:

• Ematopoietica.
• Multipotente.
• Precursore linfoideo Cellule mieloidi.

Fagociti e derivati

• Macrofagi
• Monociti
• Neutrofili
• Eosinofili
• Basofili
• Mastociti
• Cellule dendritiche

Sono distribuiti in tutto l’organismo.

Risposte umorali (anticorpali)

Geni numero limitato → numero spaventoso di specificità di riconoscimento. Repertorio linfociti B molto ampio con recettori diversi (determinati da ricombinazione e riarrangiamento somatico di geni che sovraintendono il riconoscimento specifico).

Organi del sistema immunitario

Veri e propri organi fanno parte del sistema immunitario:

• Timo
• Appendice
• Midollo osseo
• Organi secondari:
  • Tonsille
  • Adenoidi
  • Milza
  • Appendice
  • Linfonodi
  • Vasi linfatici
  • Placche di Peyer

Sistema linfatico

Sistema connesso: sistema circolatorio linfatico, aperto, drena liquido in eccesso = linfa. A livello del dotto toracico c’è il vaso più grosso. Interposti ai vasi si trovano i linfonodi (filtri).

Shock anafilattico

Risposta particolare verso il sé, cellule mastocitarie (massiva attivazione) al cui interno si trova l’istamina → fenomeni allergici locali + shock (diminuzione brusca della pressione). Pressione interna compensata da pressione oncotica data soprattutto da albumina. Pressione idrostatica prevale → uscita liquidi dagli organi → pressione 0, prevale la pressione oncotica → rientra il liquido. Linfa via di diffusione metastatica perché entra nel circolo sistemico → rimozione linfonodi in caso di tumore.

Allestimento della risposta immunitaria

Recettori antigenici, recettori specifici di cellule B o T. Risposta immunitaria molto potente, può essere anche dannosa → necessari controlli (immunosoppressione dopo trapianto). Molte cellule del sistema sono in grado di riconoscere noi stessi, ma non è possibile eliminarle, necessario immunosopprimerle (tolleranza) → malattie autoimmuni. Terapia con anticorpi monoclonali (check-point) per interrompere alcuni dei circuiti di controllo → parte la risposta nei confronti del tumore (meccanismi elusione risposta) + effetti autoimmunitari (bilanciare benefici rispetto ai danni), controllo risposta immunitaria con steroidi. Cellule T regolatorie.

Immunità attiva e passiva

• Immunità attiva: stimolandola.
  • Naturale: es. tramite infezione.
  • Artificiale: es. vaccinazione.
• Immunità passiva: trasferendo dei prodotti del sistema immunitario (transitorio).
  • Naturale: es. in utero della madre.
  • Artificiale: inoculazione vaccini + anticorpi dopo incidente, sieri antiveleno di serpenti (da cavalli).

Ipersensitività

Risposte contro self o contro fattori esterni (allergeni) → produzione di IgE (difesa soprattutto contro gli elminti, ma risposte indesiderate nella società “pulita”). Necessaria immunodepressione.

Disordini del sistema immunitario

• Allergie
• Malattie autoimmuni
• Malattie del complesso immunitario
• AIDS
• Tipizzazione tissutale umana per trapianti

Immunità e cancro

Approccio innovativo per migliorare, potenziare risposte immunitarie in senso terapeutico, anche per neoplasie (scatenare risposta immunitaria contro il tumore). Immunoterapia.

Tecnologia dell'ibridoma

Protezione contro 4 classi di patogeni:

• Batteri extracellulari, parassiti, funghi.
• Batteri intracellulari, parassiti.
• Virus (intracellulari).
• Vermi parassitari (extracellulari).

Aspetti generali della risposta immune

• Immunità innata.
• Immunità acquisita o adattativa: si adatta al tipo di patogeno (aumento potenzialità).

Tipicamente un vaccino ha bisogno di settimane. Interconnesse ma anche univoche: cellule, vie di attivazione, velocità di attivazione.

Immunità innata

• Risposta immediata.
• Protezione del corpo da sostanze estranee.
• Funzioni a 2 livelli:
  • Prima linea di difesa (previene entrata dei patogeni): rappresentata da barriere chimiche-fisiche: pelle, mucose, secrezione.
  • Seconda linea di difesa (inibisce la diffusione dei patogeni): proteine antimicrobiche, fagociti e altre cellule, infiammazione.

1. Fornisce barriere iniziali per prevenire l’infezione;

• Meccaniche: giunzioni cellulari, movimento ciglia.
• Chimiche: acidi grassi, enzimi, pH, peptidi antimicrobici.
• Microbiologica: flora commensale.
• Superfici mucose: nasofaringea, orale, respiratoria, tratto intestinale ed urogenitale.
• Cute: lesionata da ferite, bruciature, punture di insetto.

2. Identifica ed elimina i patogeni:

• Sistemi di riconoscimento primordiali.
• Attiva molecole che legano il patogeno ed aiutano il suo riconoscimento da parte di altre cellule.

3. Avvia la risposta infiammatoria:

• Reazione al danno o all’infezione:
  • Trauma alle cellule o ai tessuti.
  • Presenza di corpi estranei (self vs. non self).
  • Agenti infettivi (virus, batteri, funghi).
• Richiama molecole e cellule immuni al sito di infezione.
• Componenti:
  • Leucociti.
  • Vasi sanguigni.
  • Proteine plasmatiche.
• Numero limitato di recettori e risposte sempre simili.
• Vede strutture condivise da tanti tipi di batteri (es. RNA virale, lipopolisaccaride).
• Diversità repertorio recettoriale: estremamente limitata e legata a geni presenti nella linea germinale.
• No memoria.
• Non reattività al self.

Cellule, recettori e fattori umorali:

• Cellule (fagociti e cellule NK).
• Proteine del sangue (complemento e mediatori dell’infiammazione).
• Citochine (interferoni tipo I e II).
• Recettori di aspetti molecolari comuni (PRR).
• Cascate della coagulazione e dell’infiammazione.

Barriere chimiche e fisiche

Risposta acquisita o adattativa

• Specificità: grazie a recettori, potenzialità di riconoscimento, miliardi di specificità per differenti antigeni.
• Diversità repertorio recettoriale: molto ampio in ognuno di noi, ciascuno deputato a riconoscere un antigene specifico. Geni, fenomeni di riassortimento genico → enorme specificità. Assicura la possibilità di rispondere al determinato microrganismo, patogeno.
• Determinata dalla memoria immunologica.
• Specializzazione: risposte ottimali per la difesa contro diversi tipi di microbi.
• Contrazione e omeostasi: permette risposta a nuovi antigeni incontrati.
• Non reattività al self: previene danni all’ospite durante la risposta ad antigeni sconosciuti. Non assunzione assoluta (malattie autoimmuni).

Tipi di immunità adattativa

• Risposta umorale:
  • Microbi: extracellulari.
  • Linfociti: linfociti B.
  • Meccanismo effetto: secrezione anticorpi.
  • Trasferimento da parte: siero (anticorpi).
  • Funzioni: blocco infezioni ed eliminazione dei microbi intracellulari.
• Risposta cellulo-mediata:
  • Microbi: intracellulari o inglobati in fagociti.
  • Linfociti:
    • Linfociti T helper (mandanti della risposta).
    • Linfociti T citotossici (mediano la distruzione delle cellule infettate).
  • Meccanismo effetto:
    • Plasmacellula: citoplasma ampio, ricco apparato di produzione proteica (soprattutto anticorpi).
    • Citochine: agiscono su altri tipi cellulari determinandone.
  • Trasferimento da parte: cellule (linfociti T).
  • Funzioni:
    • Attivazione macrofagi per uccidere i microbi fagocitati.
    • Uccisione cellule infette ed eliminazione depositari dell’infezione.

Classi di linfociti coinvolti nelle risposte immuni

Due tipologie di linfociti T: helper, o CD4 (cellule che orchestrano la risposta immunitaria) e citotossici (mediano la distruzione delle cellule infettate).

Aspetti della immunità innata e adattativa

Fasi della risposta adattativa

• Riconoscimento antigene: potenzialmente in grado di riconoscere qualsiasi cosa, ma numero molto limitato di cellule per ciascun patogeno.
• Il riconoscimento innesca l’attivazione del sistema linfocitario:
  • Divisione cellulare e duplicazione del DNA: espansione clonale.
  • Processo di differenziazione → plasmacellule e cellule T effettrici o helper.
• Attivazione meccanismi reali di difesa: eliminazione antigene: 2 tipi di immunità.
• Contrazione: le cellule vanno incontro ad apoptosi (altrimenti, a causa di migliaia di infezioni, si accumulerebbero troppe molecole).
• Una piccola parte invece entra in una fase (memoria immunologica).

Gli antigeni dei patogeni operano loro stessi selezione clonale delle cellule che sono in grado di riconoscerlo → capacità di riconoscimento anche di organismi che non incontreremo mai nella nostra vita.

Teoria della selezione clonale

Immunità attiva e passiva

• Immunità attiva: può essere stimolata. Stimolo di risposte che resteranno in memoria. In forma naturale tramite le infezioni, in modo artificiale tramite vaccini.
• Immunità passiva: es. tramite placenta durante la gravidanza (sistema immunitario ancora immaturo), gli anticorpi restano per 8-10 mesi. Veleno di vipera. Anticorpi concentrati per immunodeficienti. Nel topo possono essere trasferite anche cellule es. topi ibridi, ottenuti da incroci tra fratelli per molte generazioni → omozigoti per tutti gli alleli, si comportano come gemelli omozigoti.

Rigetto dopo trapianto è un tipo di risposta immunologica adattativa.

Le cellule del sistema immunitario

• Cellule staminali.
• Cellule mieloidi.
• Cellule linfoidi.

Ematopoiesi

Produzione di tutti gli elementi corpuscolati del sangue periferico (cellule bianche e rosse). Avviene nel midollo osseo. Partenza da cellula staminale ematopoietica (HSC),

• HSC sono molto rare: 1 su 50'000 cellule del midollo spinale.
• Sono capaci di rinnovare sé stesse (staminalità).
• Sono indifferenziate e in passaggi successivi subiscono commitment, differenziamento in altri tipi cellulari, che poi si divideranno (pluripotenza).
• Hanno incredibile capacità proliferativa.

Emocromo

È l’esame del sangue più eseguito. Esso contempla il conteggio del numero dei globuli rossi (eritrociti), dei globuli bianchi (leucociti) e delle piastrine (trombociti), nonché la determinazione quantitativa dell’emoglobina. Con la formula leucocitaria, il laboratorio fornisce la percentuale di ciascun tipo di globulo bianco (granulociti neutrofili, eosinofili e basofili, monociti, linfociti). È detto anche esame emocromocitometrico che letteralmente significa “misurazione del colore del sangue e del numero delle sue cellule, cioè dei globuli”.

L’emogramma normale (ci sono varianti in rapporto all’età e al sesso) è così rappresentato:

• Eritrociti 4-5 milioni/mmc.
• Leucociti 4-8 mila/mmc.
• Piastrine sino a 150000/mmc.
• Emoglobina (Hbg) 16%.
• Linfociti 20-35%.
• Monociti 3-7%.
• Neutrofili 55-65%.
• Eosinofili 0-3%.
• Basofili 0-2%.

Omeostasi delle cellule del sangue

Assicurare che le cellule bianche siano presenti nella quantità esatta richiede che ne siano prodotte 3,7x10¹¹ nuove ogni giorno. La funzione appropriata richiede che la morte cellulare e la loro sostituzione sia perfettamente bilanciata.

• La morte è controllata da livelli di citochine e dai recettori superficiali dell’apoptosi.
• Il rimpiazzo involve processi di ematopoiesi.

2 linee differenziative

• Via mieloide:
  • Prodotte nel midollo osseo.
  • Precursore mieloide → cellule dendritiche → monociti → macrofagio neutrofili, eosinofili, basofili.
• Via linfoide:
  • Linea linfocitaria: cellule B, T helper, T citotossici (→ risposta citotossica (adattativa) richiede qualche giorno), natural killer.
  • Linfociti B e T prodotti dal midollo osseo, poi:
    • T: Cellule altamente immature escono dal midollo, entrano in circolo e vanno nel timo, sede della differenziazione dei linfociti helper o citotossici. Vanno ad occupare certe sedi, linfonodi e pattugliano il nostro organismo.
    • B: Maturano nel midollo osseo, poi escono e vanno in circolo.

Morfologia dei linfociti

Classi di linfociti

Origine e maturazione dei linfociti

Linea linfoide

Cellule B: immunità umorale

Originariamente dimostrato che derivano dalla borsa di Fabrizio (organo negli uccelli analogo alla nostra appendice). Negli umani sono prodotte nel midollo osseo. Esprimono circa 150'000 anticorpi per cellula. Attivazione da parte di antigeni e le cellule T helper guidano la proliferazione e la differenziazione in memoria e in plasmacellule. Marcatori di superficie includono: B7-1, CD40, B220 e altri.

Cellule T: immunità cellula mediata

Derivano dal timo. Esprimono recettori delle cellule T e quelle in periferia sono riconoscibili dalla presenza di recettori CD4 o CD8 (nomenclatura cluster of differentiation). +CD4 = MHC II= cellule T helper. +CD8 = MHC I= cellule T citotossiche. + +CD4 /CD8 ≈ 2:1 negli umani. Esprimono anche altri marcatori di superficie: CD28, CD40L, CD3.

Cellule T CD4 possono essere divise in 2 popolazioni, sulla base delle citochine che producono:

• T 1: attivano CD8+ e risposta infiammatoria
• T 2: attivano risposta cellule B

Anticorpo monoclonale

= linfocita B isolato, reso immortale e clonato → cloni tutti uguali → quintali di un unico tipo di anticorpo.

Cellule natural killer

Piccola componente della immunità innata. La più piccola popolazione dei linfociti: 5-10 %. Sono direttamente pronte ad essere mobilizzate, tipicamente nel corso di infezioni virali o in certe condizioni come alcune forme di tumori. Non hanno gli stessi recettori delle cellule T e B. Attaccano e uccidono le cellule a causa di:

• Ridotta espressione di MHC I.
• Presenza di anticorpi sulla superficie cellulare.

Monociti/macrofagi

Monociti circolano nel sangue, eventualmente si spostano nei tessuti, dove differenziano in macrofagi. Macrofagi derivanti da differenti tessuti hanno nomi differenti:

• Polmone: macrofagi alveolari.
• Fegato: cellule del Kupfer.
• Ossa: osteoclasti.
• Tessuto connettivo: istiociti.
• Rene: cellule mesangiali.
• Cervello: cellule microgliali.

Ma hanno tutte la stessa funzione: fagocitosi e produzione di citochine.

Maturazione dei linfociti mononucleari

Fagociti nel corpo

Morfologia dei fagociti mononucleari

Linea mieloide

Monociti/macrofagi

Monociti non attivati, nel sangue periferico, si muovono all’interno dei tessuti, dove si differenziano in macrofagi e possono essere attivati. Es. macrofagi alveolari, cellule di Kupfer, osteoclasti, istiociti, cellule mesangiali, cellule della microglia. Popolazione fagocitica e produzione citochine. Derivano dalle cellule staminali del midollo osseo, maturano attraverso vari passaggi. La differenziazione implica:

• Aumento dimensione enorme (10-100 volte).
• Aumento presenza organelli citoplasmatici: vescicole lisosomiali che contengono enzimi idrolitici per digerire ciò che viene fagocitato.
• Capacità fagocitica elevata.
• Produzione fattori solubili:
  • Citochine: IL-1, IL-6 e TNF-α.
  • Fattori complemento
  • Complementi lisosomiali.

I macrofagi sono attivati da stimoli differenti:

• Fagocitosi stessa.
• Secrezione fattore solubile (citochine) da parte delle cellule T helper: soprattutto IFN-γ.
• Componenti solubili della risposta infiammatoria:
  • Complemento.
• Componenti polisaccaridi dei batteri: incontro batterio (monociti del sangue periferico hanno capacità fagocitica limitata, macrofagi maggiore).

Granulociti-neutrofili

Polimorfo nucleati. Granuli nel citoplasma:

• Primari.
• Secondari.

Sono la maggior parte delle cellule nella risposta immunitaria innata. Escono dal midollo, passano alla circolazione periferica, in condizioni normali risiedono nel circolo, ma possono essere mobilizzati in fretta in caso di lesioni: fagocitano, muoiono, formazione pus. Contengono granuli con sostanze con funzione distruttiva (enzimi). Attività fagocitaria: fondono con il fagosoma e rilasciano il contenuto per uccidere l’invasore.