Inflamación e Inmunidad en Biomateriales

Introducción

• La implantación de un biomaterial se considera una agresión al estado natural del cuerpo, o homeostasis.
• El cuerpo, consecuentemente, activa mecanismos de defensa para intentar restablecer la homeostasis.
• Las interacciones de proteínas y células con biomateriales están involucradas en la inflamación, inmunidad y coagulación.

Inmunidad Innata

• La inmunidad innata es la primera línea de defensa que se activa desde el nacimiento y se identifica clínicamente como inflamatoria.
• Si la situación persiste, el cuerpo activa la respuesta inmune adquirida, que se adquiere con vacunas o exposición a patógenos e involucra a los linfocitos.
• Una infección se desarrolla si el problema persiste después de la exposición al sistema de protección innato y adquirido.

Inflamación Aguda y Resolución

• La inflamación aguda implica cambios vasculares, reclutamiento de neutrófilos y mediadores.
• La resolución implica acabar con los estímulos de la herida, eliminar mediadores y células inflamatorias, reemplazar células dañadas y restaurar la función normal.

Inflamación Crónica

• La inflamación crónica puede ocurrir si la inflamación aguda no se resuelve completamente.
• Está caracterizada por angiogénesis, células mononucleares y fibrosis (cicatrización).

Células de la Sangre

• La respuesta inmune, tanto innata como adquirida, involucra a los glóbulos blancos (leucocitos), que son células de la sangre.
• Los glóbulos rojos (eritrocitos) transportan oxígeno.
• Los glóbulos blancos contribuyen a combatir infecciones.
• Las plaquetas (trombocitos) colaboran en la coagulación sanguínea.

Glóbulos Blancos (Leucocitos)

• Los glóbulos blancos contribuyen a combatir infecciones y asisten al proceso inmunológico (1.5 - 3.0 x 105 /μL).
• Incluyen:
  • Linfocitos
  • Monocitos
  • Eosinófilos
  • Basófilos
  • Neutrófilos
• Los glóbulos blancos se clasifican en granulocitos (neutrófilos, eosinófilos, basófilos) y agranulócitos (linfocitos, monocitos).

Desarrollo de Células Inmunes

• Las células del sistema inmune se originan de células madre hematopoyéticas pluripotentes.
• El proceso de diferenciación da lugar a diversos tipos de células inmunes, incluidos linfocitos, monocitos y granulocitos.

Inflamación Aguda y Fagocitosis

• La fagocitosis es el proceso mediante el cual los leucocitos capturan y digieren partículas sólidas.
• Un fagocito (tipo de glóbulo blanco) rodea y destruye sustancias extrañas y células muertas.
• El proceso de fagocitosis incluye la unión al receptor, la formación de una copa fagocítica y el pinzamiento con fusión de lisosomas.

Granulocitos

• Los granulocitos (neutrófilos, eosinófilos, basófilos) fagocitan invasores extraños.
• Tienen múltiples lóbulos y se forman en la médula ósea.

Monocitos

• Los monocitos no presentan lóbulos.
• Poseen alta capacidad de fagocitar.
• Se forman en la médula ósea.

Linfocitos

• Los linfocitos tipo T y B forman parte del sistema inmunológico adquirido.
• Se crean en la médula y maduran en el tejido linfático.

Megacariocitos

• Los megacariocitos solo se encuentran en la médula ósea.
• Se fragmentan para producir plaquetas, que no tienen núcleo, circulan en la sangre y ayudan a la coagulación.

Tiempo de Vida de las Células Inmunes

• Los granulocitos tienen una vida corta en la sangre (4-8 horas) y en los tejidos (4-5 días).
• Los monocitos permanecen en la sangre de 10 a 20 horas antes de transformarse en macrófagos tisulares.
• Los linfocitos entran y salen de la sangre, con una vida útil que depende de las necesidades del cuerpo.

Inmunidad Innata

• La inmunidad innata cuenta con cuatro componentes principales:
  • Barreras anatómicas (piel y mucosas)
  • Barreras fisiológicas (temperatura corporal, pH del estómago)
  • Células fagocíticas (granulocitos y macrófagos)
  • Inflamación

Inflamación Aguda

• Los síntomas clínicos de la inflamación aguda son:
  • Rubor (piel roja)
  • Tumor (hinchamiento)
  • Calor
  • Dolor
• La inflamación aguda se controla a través de sustancias mediadoras liberadas del sistema del complemento y linfocitos.
• Los efectos y mediadores inflamatorios incluyen vasodilatación, aumento de la permeabilidad capilar, coagulación y migración de neutrófilos.

Procesos de la Inflamación

• Dilatación de vasos sanguíneos.
• Incremento en la permeabilidad capilar.
• Bloqueo de la herida por proteínas.
• Atracción de granulocitos y monocitos para fagocitar.
• Expansión de células del tejido.
• Liberación de quininas que provocan dolor.

Macrófagos y Neutrófilos

• Un punto crítico en la inflamación es reclutar células fagocíticas.
• Los macrófagos tisulares y neutrófilos desempeñan un papel importante.
• El desplazamiento de neutrófilos desde el torrente sanguíneo al tejido se conoce como extravasación o diapédesis.

Extravasación Leucocitaria

• La extravasación involucra:
  • Marginación y rodamiento
  • Unión fuerte
  • Diapédesis y migración

Quimiocinas

• Las quimiocinas son citocinas que dirigen la migración celular a través de los vasos sanguíneos.
• También regulan el desarrollo linfoide y la diferenciación de linfocitos.

Proceso de Migración de Leucocitos

• La migración de leucocitos implica marginación, rodamiento, adhesión endotelial firme y migración a través de la pared del vaso.
• Se activa la expresión de moléculas de adhesión por la interacción de quimiocinas y sus receptores.
• La diapédesis implica la movilización a través de pequeños espacios entre las células endoteliales.

Función de las Citocinas

• Las citocinas regulan la activación de células, y la célula estimulada produce citocinas que actúan sobre receptores especializados.
• Las citocinas representan una familia grande y diversa de proteínas o glicoproteínas.
• Hay citocinas proinflamatorias y antiinflamatorias.
• Ejemplos de citocinas y sus funciones incluyen interleucinas, interferón y quimiocinas.

Acción de los Neutrófilos

• Los neutrófilos efectúan funciones para detener la invasión y promover la sanación tras llegar al sitio de la herida.
• Este proceso involucra la fagocitosis, la producción de especies reactivas y la secreción de mediadores químicos, como las citocinas.

Papel de Monocitos y Macrófagos

• Los monocitos llegan al sitio de la herida y se transforman en macrófagos tisulares, iniciando su transformación de 5 a 6 horas después de iniciado el proceso inflamatorio agudo.
• Los macrófagos tisulares se hinchan, forman lisosomas y pueden convertirse en células gigantes polinucleares.

Lisosomas

• Los lisosomas son orgánulos celulares que reciclan desechos y destruyen virus y bacterias.
• Tras días o semanas, los macrófagos se convierten en las células dominantes con funciones similares a los neutrófilos pero con mayor capacidad para matar invasores.

Implantación de Biomateriales

• Los macrófagos fagocitan agentes invasores y biomateriales.
• Si el biomaterial resiste la degradación, se produce una inflamación continua.

Fagocitosis Frustrada

• La fagocitosis frustrada ocurre cuando el biomaterial no puede ser fagocitado.
• Involucra la liberación lisosomal y puede resultar en consecuencias adversas.

Resolución de la Inflamación Aguda

• Muchos cambios fisiológicos de la inflamación son perjudiciales a los tejidos.
• Los mecanismos de resolución incluyen:
  • Envío de interleucinas "falsas".
  • Liberación de "transforming growth factor" TGF-β que inhibe la activación de ciertas células.
  • Inactivación o destrucción de mediadores químicos.

Citocinas y Tipo de Respuesta

• TNF-α e IL-17A se asocian con respuestas proinflamatorias (M1).
• IL-4 e IL-13 se asocian con respuestas antiinflamatorias (M2).

Destino de los Macrófagos

• Los monocitos se reclutan desde la médula ósea y se diferencian en macrófagos en varios tejidos.
• Reciben nombres diferentes según su localización: macrófagos alveolares, microglia y células de Kupffer.

Tipos de Macrófagos M1 y M2

• Los macrófagos M1 producen citocinas proinflamatorias.
• Los macrófagos M2 desempeñan un papel central en la respuesta a parásitos, remodelación de tejidos, angiogénesis y enfermedades alérgicas.

Fin de la Inflamación Aguda

• El estímulo de la inflamación aguda debe eliminarse para que la respuesta termine.
• Si no se resuelve, puede conducir a la formación de tejido granulado o inflamación crónica.