Uma nova camada de informação em amostras de sangue de rotina
Cada amostra de sangue de rotina contém uma população diversa de células imunes, conhecidas coletivamente como células mononucleares do sangue periférico (PBMCs). Essas células são um pilar dos fluxos clínicos e de pesquisa, oferecendo uma janela para infecções, doenças autoimunes, câncer e para a forma como o sistema imunológico de um paciente responde à terapia. Mas os métodos convencionais para analisar PBMCs, que dependem de marcadores fluorescentes que se ligam a proteínas de superfície, revelam apenas quais tipos celulares estão presentes, não como essas células realmente funcionam. Além disso, o processo de preparação pode alterar as próprias células, o que pode distorcer os resultados.
Agora, um novo estudo publicado em Biophotonics Discovery demonstra como a imagem óptica avançada pode expor uma dimensão antes oculta: a atividade metabólica de células imunes individuais dentro de uma amostra complexa e heterogênea. Essa abordagem sem marcadores, desenvolvida por pesquisadores do Morgridge Institute for Research e da University of Wisconsin-Madison, pode transformar a forma como clínicos e cientistas interpretam a riqueza de dados contida em uma simples coleta de sangue.
Por que as PBMCs importam
As PBMCs podem ser isoladas facilmente de amostras clínicas e já estão integradas aos fluxos diagnósticos e terapêuticos, observou Melissa Skala, autora sênior do estudo e pesquisadora do Morgridge Institute e da University of Wisconsin-Madison. "As PBMCs podem ser isoladas clinicamente com muita facilidade, e já são usadas no fluxo clínico", disse Skala. "Então, a pergunta é: o que podemos obter delas que ainda não estamos obtendo?"
Essa pergunta tem um peso clínico crescente. As PBMCs são estudadas rotineiramente em condições tão variadas quanto cânceres do sangue, sepse, lúpus e até declínio cognitivo. Elas também servem como material inicial para terapias com células CAR T, nas quais as próprias células imunológicas do paciente são engenheiradas para reconhecer e atacar o câncer. Nessas aplicações, entender não apenas quantas células imunes estão presentes, mas quão metabolicamente ativas e aptas elas estão, pode trazer percepções mais profundas sobre progressão da doença e desfechos do tratamento.
Por exemplo, um paciente com sepse pode ter uma contagem de células imunes aparentemente normal, mas células individuais podem estar metabolicamente exaustas ou hiperativas. Da mesma forma, na fabricação de células CAR T, a saúde metabólica das células coletadas provavelmente influencia a qualidade e a potência do produto terapêutico final. Ainda assim, até agora, os métodos rotineiros de análise em grande parte ignoraram essa dimensão funcional.
Limitações das técnicas convencionais de marcação
Tradicionalmente, medir o metabolismo de células imunes exigia isolar populações celulares específicas ou adicionar marcadores fluorescentes e sondas químicas. Essas estratégias têm desvantagens importantes. O isolamento de células perturba a interação natural entre diferentes tipos de células imunes, o que pode ser funcionalmente importante. Corantes fluorescentes e sondas químicas podem alterar o comportamento celular, consumir a amostra ou fornecer apenas um instantâneo estático em vez de uma visão em tempo real da atividade celular.
Além disso, esses métodos podem destruir ou alterar permanentemente as células, tornando difícil ou impossível usá-las em aplicações posteriores, como terapia celular. Eles também tendem a tratar a amostra como um todo, apagando diferenças entre células individuais que podem ser biologicamente significativas. Um tumor, por exemplo, pode conter células imunes com estados metabólicos muito distintos, e uma medição em massa ocultaria essa heterogeneidade.
O novo estudo contorna completamente esses problemas. Ele usa uma técnica não destrutiva que mede o metabolismo em células imunes individuais enquanto elas permanecem parte da população mista de PBMCs, preservando o ambiente tecidual natural e permitindo análise posterior à imagem.
Imagem metabólica óptica: uma abordagem sem marcadores
Os pesquisadores empregaram uma técnica chamada imagem metabólica óptica (OMI), desenvolvida e refinada no Skala Lab. A OMI aproveita a fluorescência natural de coenzimas metabólicas-chave, especificamente NADH e FAD, envolvidas na produção de energia celular. Quando as células imunes estão metabolicamente ativas, as concentrações e proporções dessas coenzimas mudam, e sua fluorescência natural muda de modo correspondente.
Ao excitar essas moléculas com luz de baixa intensidade e capturar os sinais emitidos, a OMI pode mapear a atividade metabólica em resolução de célula única sem adicionar quaisquer marcadores externos ou agentes de contraste. Isso permite que os pesquisadores observem células vivas em condições quase fisiológicas e acompanhem mudanças ao longo do tempo.
No estudo, os pesquisadores demonstraram que a OMI pode resolver diferenças metabólicas entre subconjuntos de células imunes em amostras de PBMCs não modificadas. Esse nível de detalhe foi difícil de alcançar com técnicas anteriores. O método distingue entre células que usam principalmente glicólise, uma via energética rápida, porém menos eficiente, comum em células imunes ativadas, e aquelas que dependem da fosforilação oxidativa, uma forma mais sustentável de produção de energia. Essas distinções funcionais são cruciais porque se correlacionam com o fato de uma célula imune estar quiescente, ativada, exausta ou em transição para um estado efetor específico.
Como a OMI não exige marcação nem perturbação física, ela também abre caminho para estudos longitudinais. A mesma amostra pode ser imageada repetidamente em diferentes momentos, acompanhando em tempo real como as células imunes respondem a medicamentos, patógenos ou outros estímulos. Isso representa uma melhoria significativa em relação aos ensaios de ponto final, que capturam apenas um único instante.
Implicações clínicas e terapêuticas
Os achados são promissores em várias áreas de aplicação clínica. Na imunologia do câncer, por exemplo, sabe-se que a aptidão metabólica das células imunes infiltradas em tumores influencia se um paciente responde à terapia com inibidores de checkpoint. Se assinaturas metabólicas semelhantes puderem ser detectadas em PBMCs obtidas de uma simples coleta de sangue, oncologistas podem ganhar uma forma não invasiva de monitorar a função imune durante o tratamento.
Na terapia com células CAR T, o processo de coletar, engenheirar e expandir as células T do paciente é caro e trabalhoso. Alguns produtos CAR T falham em se estabelecer ou perdem potência após a infusão, o que pode estar relacionado ao mau estado metabólico das células originais. Usar OMI para selecionar as células metabolicamente mais robustas antes da engenharia pode melhorar os resultados.
Doenças autoimunes como o lúpus também envolvem desregulação imune complexa, e as PBMCs são frequentemente examinadas para avaliar a atividade da doença. Um biomarcador metabólico derivado da OMI poderia complementar os marcadores sorológicos atuais para oferecer uma visão mais abrangente do estado da doença e orientar ajustes de tratamento.
No contexto de doenças infecciosas, a sepse continua sendo um grande desafio clínico. Células imunes de pacientes sépticos frequentemente exibem uma mudança para um estado anti-inflamatório e metabolicamente suprimido, mas medir isso tem sido difícil. A OMI pode permitir que clínicos avaliem com precisão o estado funcional das células imunes à beira do leito, diferenciando potencialmente entre inflamação sistêmica e paralisia imune em pacientes individuais.
Abrindo caminho para a translação clínica
O Skala Lab vem desenvolvendo a OMI há mais de uma década e já a aplicou a biópsias de tecido, modelos tumorais e organoides. Este trabalho mais recente estende a abordagem a amostras sanguíneas de PBMCs, que são muito mais fáceis de obter em ambientes clínicos do que amostras de tecido.
O fato de as PBMCs já serem isoladas como parte dos fluxos clínicos de rotina é uma grande vantagem. "As PBMCs podem ser isoladas clinicamente com muita facilidade, e já são usadas no fluxo clínico", reiterou Skala, destacando a baixa barreira de adoção. Os instrumentos de OMI, embora ainda especializados, estão cada vez mais disponíveis em laboratórios de pesquisa e clínicos, e a natureza não destrutiva da técnica significa que ela pode ser integrada antes de ensaios existentes ou até mesmo de pipelines de processamento celular.
No entanto, vários passos ainda permanecem antes de a OMI se tornar uma ferramenta diagnóstica padrão. São necessários estudos clínicos maiores para validar as assinaturas metabólicas em relação aos desfechos estabelecidos da doença e para definir o que constitui um perfil metabólico "saudável" versus "desregulado" em condições específicas. Os instrumentos também precisam se tornar mais fáceis de usar e mais custo-efetivos para laboratórios clínicos. Ainda assim, a simplicidade técnica da imagem sem marcadores é um sinal encorajador.
A descoberta de que PBMCs de rotina carregam informações metabólicas ocultas, acessíveis por imagem óptica sem marcadores, representa uma nova fronteira no monitoramento imunológico. Os pesquisadores agora buscam estudos adicionais para catalogar estados metabólicos em várias doenças e correlacionar esses estados com as respostas dos pacientes à terapia. Em um futuro próximo, uma simples amostra de sangue pode oferecer muito mais do que apenas uma contagem celular: ela pode iluminar o estado funcional de cada célula imune dentro dela, guiando tratamentos personalizados de maneiras que hoje parecem quase futuristas.
Este artigo é baseado na cobertura da Phys.org. Leia o artigo original.
Originally published on phys.org
