Las nanopartículas de sílice inducen la activación del inflamosoma nlrp3 y la producción de citoquinas proinflamatorias en células primarias humanas

Abstract

RESUMEN: El rápido avance de la nanotecnología ha permitido diseñar, fabricar y utilizar nanopartículas (NP) que interactúan con los sistemas biológicos para el diagnóstico y tratamiento de enfermedades, surgiendo así una nueva disciplina llamada nanomedicina. En este sentido, se ha desarrollado una amplia gama de aplicaciones médicas, por ejemplo, en imágenes para diagnóstico, biosensores, administración de fármacos y genes, terapia fototérmica, ingeniería tisular y materiales biomiméticos, entre otras. Dado que el tamaño de las nanopartículas les permite interactuar directamente con las células o con el medio ambiente extracelular, éstas pueden desencadenar una secuencia de efectos biológicos que dependen en gran medida de sus características fisicoquímicas y determinan la biocompatibilidad y la eficacia de los resultados deseados. Para garantizar un uso eficaz y seguro de los nanomateriales en aplicaciones biomédicas, es necesario en primer lugar, estudiar y caracterizar sus interacciones con el sistema biológico de interés, incluyendo el sistema inmune, ya que la comprensión de los mecanismos detrás de los diferentes resultados permitirá predecir la relación que existe entre ellos. Una de las nanopartículas más usadas en el campo biomédico son las nanopartículas de sílice, pero a la fecha, sus efectos en los componentes del sistema inmune y en particular, en los de la inmunidad innata han sido poco estudiado. Por lo tanto, se desconoce si dichos nanomateriales pueden alterar o no la expresión y función de los receptores de la inmunidad innata implicados en la respuesta inflamatoria Aunque la sílice es considerada como un material biocompatible, como nanomaterial presenta cambios en sus propiedades fisicoquímicas que pueden ocasionar, tanto in vitro como in vivo, efectos deletéreos de las funciones celulares. Estudios previos han demostrado por ejemplo que las partículas de sílice con diferentes propiedades fisicoquímicas (tamaño, forma, y porosidad, entre otras) pueden inducir la liberación de citoquinas proinflamatorias en células de la inmunidad, incluyendo monocitos/macrófagos y células dendríticas, a través de la activación del inflamasoma NLRP3. Sin embargo, se desconoce la participación de otros tipos celulares, importantes en el proceso inflamatorio, como los neutrófilos. Por lo tanto, el objetivo de este trabajo fue evaluar in vitro, el potencial efecto inmunomodulador de NP de sílice de 12 y 200nm en la expresión de citoquinas pro-inflamatorias y componentes de los inflamasoma NLRP3 en neutrófilos y células mononucleares de sangre periférica (CMSP) obtenidas de individuos sanos. Los neutrófilos y CMSP se estimularon con las respectivas NP y se cuantificó tanto i) la expresión de los componentes del inflamasoma NLRP3 (NLRP3, ASC, Caspasa-1) y de los receptores tipo Toll 2 y 4 (TLR2 y TLR4) por RT-PCR en tiempo real como ii) la producción de las citoquinas proinflamatorias (IL-1, IL-6 e IL-18) por RT-PCR en tiempo real y por ELISA. En las CMSP se observó que las NP de sílice de ambos tamaños inducen la producción de IL-1 e IL-6, así como la expresión de los componentes del inflamasoma NLRP3, de manera dosis dependiente. Sin embargo dichas NP no inducen la producción detectable de IL-18 en esas células. En contraste, en los neutrófilos se encontró que sólo las NP de 200nm indujeron producción de IL-6. Aunque en estas células se evidenció la expresión de los componentes del inflamasoma NLRP3, no se evidenció la producción de IL-1 o IL-18. En conclusión, los resultados encontrados observados en el presente estudio muestran que las NP de sílice inducen la producción de citoquinas pro-inflamatorias de una manera dosis dependiente y dicha producción depende del modelo celular, pero no del tamaño de la NP. En el caso de la IL-1, según los resultados observados, depende de la activación del inflamasoma NLRP3.