Descriure el procés d'envelliment per a un envelliment saludable

2022/07/11 Ainhoa Alberro Garitano - Biologia Molekularreko eta Biomedikuntzako doktoreaBiodonostiako Esklerosi Anizkoitzaren Unitateko ikertzailea Iturria: Elhuyar aldizkaria

Figura . Representació esquemàtica dels canvis en la capacitat funcional a mesura que augmenta l'edat. A causa de l'estrès clínic, les persones sanes poden desenvolupar la síndrome de ruptura. Identificar a aquestes persones i realitzar intervencions efectives ens permetria evitar la dependència. Ed. Ainhoa Alberro Garitano

L'envelliment és universal i progressiu. És també un procés heterogeni, per la qual cosa es produeix de forma molt diferent. Definim l'envelliment com un conjunt de canvis que el nostre cos sofreix al llarg del temps i que suposen una pèrdua de capacitat funcional, així com una major vulnerabilitat a les malalties i a les agressions externes. Els avanços mèdics i la millora general de la qualitat de vida de les últimes dècades han permès que l'esperança de vida hagi augmentat considerablement. Però no ha crescut de la mateixa manera el nombre d'anys que vivim mantenint una bona salut. Així que vivim més, però no millor. En conseqüència, tal com reflecteixen els estudis realitzats per l'Organització Mundial de la Salut, el procés d'envelliment i la dependència XXI. Són un dels principals reptes del segle XX. L'objectiu d'aquesta tesi doctoral ha estat descriure les característiques biològiques del procés d'envelliment per a reduir la dependència i promoure un envelliment saludable.

Biomarcadores de la síndrome de fragilitat

La fragilitat és una síndrome relacionada amb l'edat. Es caracteritza per la pèrdua de la reserva funcional, la disminució de la capacitat adaptativa dels sistemes fisiològics i l'augment de la vulnerabilitat. És a dir, quan les persones passen d'estar sanes a tenir risc de ser dependents, diem que pateixen síndrome rupturista (figura 1). Identificar la síndrome de fragilitat és essencial per a prendre mesures i tractar d'evitar la dependència futura. No obstant això, fins ara no s'ha pogut trobar una forma eficaç de detectar aquesta síndrome. S'han proposat diversos tests i proves funcionals que no identifiquen a totes les persones amb fragilitat.

Amb la finalitat de completar els instruments disponibles i obtenir millors resultats, en aquesta tesi s'han buscat biomarcadores de la síndrome rupturista. És a dir, s'han analitzat molècules que poden ser útils per a identificar la fragilitat en mostres biològiques de donants. En aquest treball es recull la sang de les persones majors i leucòcits. s'ha analitzat l'expressió dels gens dels glòbuls blancs. S'han trobat diferències entre donants sans i fràgils i, especialment, s'ha trobat un alt grau d'envelliment del gen EGR1 en persones amb síndrome rupturistes. És més, en un programa d'intervenció de tres mesos amb un exercici moderat s'observa una disminució de l'expressió d'aquest gen. (figura 2). Podem concloure, per tant, que el gen EGR1 pot ser un bon biomarcador de la síndrome rupturista.

Figura . Procés seguit en la cerca de biomarcadores. En primer lloc, s'han analitzat milers de gens i s'ha trobat una expressió diferent de 35 gens. Cada columna mostra un donant, cada fila mostra un gen i la intensitat dels colors marca el nivell. Posteriorment, la validació dels resultats obtinguts en una altra cohort ha permès confirmar que el nivell de soroll del gen EGR1 és alt entre les fràgils. Finalment, hem vist que amb un programa d'intervenció disminueix l'expressió del gen EGR1. Ed. Ainhoa Alberro Garitano

Importància del sistema immunològic

Com s'ha comentat anteriorment, el procés d'envelliment comporta un augment de la vulnerabilitat. En moltes ocasions, les persones majors responen més feblement a les agressions externes a conseqüència d'errors o omissions en el sistema immunològic. Per tant, el següent objectiu del projecte ha estat l'estudi dels limfòcits T, necessaris per a la resposta del sistema immunològic. Se sap que amb l'edat els limfòcits T, igual que les cèl·lules d'altres teixits del cos, es converteixen en senescentes, és a dir, disminueixen la seva activitat i rendiment. No obstant això, continuen sent aspectes desconeguts de l'envelliment del sistema immunològic, com les diferències entre els tipus de limfòcits T i les característiques de les persones majors de noranta anys.

En aquesta tesi s'han analitzat els principals tipus de limfòcits T de donants adults i ancians: CD8 o citotòxics, i CD4 o acompanyants. Les anàlisis realitzades mostren que no tots els limfòcits T envelleixen per igual. El percentatge de limfòcits senescentes CD8 T en sang va augmentant amb l'edat, però els limfòcits CD4 T no fan el mateix. En el cas d'aquestes últimes, el percentatge és inferior en general, i encara que creix en les primeres dècades de la vellesa, el percentatge de cèl·lules senescentes és menor en les persones majors de noranta anys (figura 3). Per tant, cal destacar que també s'ha trobat una característica diferencial de les persones que superen l'esperança de vida.

Figura . Envelliment del sistema immunitari. El percentatge de limfòcits senescentes CD8 T creix amb l'edat. El percentatge de limfòcits senescentes CD4 T és menor en els majors de noranta anys. Ed. Ainhoa Alberro Garitano

Vesícules extracelul·lars implicades en el procés d'envelliment

La comunicació intercel·lular és fonamental per a la coordinació i funcionament de l'organisme. Es produeix tant en processos fisiològics com patològics i l'envelliment no és una excepció. Estudis anteriors han demostrat que l'envelliment produeix canvis en la comunicació intercel·lular. El canvi millor descrit és l'augment de molècules d'inflamació, on nombroses cèl·lules segreguen més molècules d'inflamació de les necessàries, afecten les cèl·lules receptores d'aquests senyals i el procés es cronifica. Però hi ha més que un mecanisme de comunicació intercel·lular, i hi ha un mecanisme que encara no s'ha investigat gairebé en el procés d'envelliment, el que fan les vesícules extracelul·lars.

Les vesícules extracelul·lars són partícules que són eliminades de manera controlada per les cèl·lules. Aquestes esferes envoltades de membranes transporten una gran varietat de lípids, proteïnes i molècules d'ARN que influiran en la cèl·lula receptora. La comunicació intercel·lular a través de les vesícules era desconeguda fins fa poc. A causa de la seva reduïda grandària (50 nanòmetres i 1 micròmetre de diàmetre), la majoria dels aparells de laboratori utilitzats per a l'anàlisi cel·lular no detecten vesícules. A més, al principi es va pensar que les vesícules eren “escombraries” expulsades per les cèl·lules i van ser menyspreades.

Des que es va veure que compleixen una funció comunicativa, els avanços tècnics han permès publicar durant l'última dècada milers d'estudis científics sobre vesícules extracelul·lars. En elles han vist com les vesícules participen en la majoria dels processos biològics. No obstant això, com ja s'ha esmentat anteriorment, i atès que encara no se sap quin és el seu paper en el procés d'envelliment, en aquesta tesi s'han realitzat recerques sobre aquest tema. S'han processat mostres de sang de donants adults i majors, aïllant vesícules i la seva influència en tres processos diferents relacionats amb l'envelliment: activació dels limfòcits T, osteogènesis i miogénesis. Per a l'experimentació, les cèl·lules creixen in vitro i s'afegeixen les vesícules. A continuació es procedeix a l'estimulació cel·lular i finalment s'analitza la incidència vesicular (figura 4).

Figura . Representació esquemàtica d'experiments amb vesícules extracelul·lars aïllades de la sang. Es mostra una visió general de les plaques del laboratori (96 pous a dalt) i els detalls d'un pou (a baix). En la figura final es representa la màquina anomenada citómetro de flux utilitzada per a realitzar les anàlisis. Ed. Ainhoa Alberro Garitano amb l'aplicació BioRender.

En relació amb els resultats de l'apartat anterior s'ha investigat l'activació de limfòcits T. Els resultats mostren que les vesícules influeixen en l'activació dels limfòcits CD8 i CD4 T i fins i tot existeixen diferències en funció de l'edat. Les vesícules aïllades dels donants joves afavoreixen l'activació cel·lular i aquest efecte va disminuint amb l'edat. A continuació s'ha investigat l'osteogènesi i la miogénesis. Es tracta de processos de diferenciació cel·lular danyats en l'envelliment que afecten l'osteoporosi (pèrdua de massa òssia) i sarcopenia (pèrdua de massa òssia), respectivament. Els experiments realitzats han permès deduir que les vesícules afavoreixen l'osteogènesi i la miogénesis. A més, s'ha detectat un efecte més feble de les vesícules aïllades de les persones majors.

Cal destacar que les vesícules extracelul·lars aïllades de la sang compleixen diverses funcions. De fet, en la sang hi ha vesícules secretadas per diferents tipus de pacients. Milions de missatges viatgen pels vasos sanguinis portant cadascun un missatge de la seva cèl·lula transmisora a la recerca del seu receptor específic (figura 5). Per exemple, algunes vesícules sanguínies afecten només els limfòcits T, i altres només a les cèl·lules. A més, els resultats obtinguts en aquest treball indiquen que la influència vesicular varia en funció de l'edat del donant, és a dir, que el missatge enviat canvia.

Treure conclusions, plantejar nous objectius i continuar investigant

Com s'ha vist, l'envelliment és un procés complex en el qual intervenen diverses variables. En aquest treball cal continuar descrivint les variables estudiades i les altres que intervenen en el procés d'envelliment, per a aconseguir una comprensió completa del procés i un envelliment saludable. El camí és llarg, però estem un parell de passos més a prop.

Figura . El sistema de circulació permet la comunicació entre teixits distants. Les vesícules extracelul·lars viatgen juntament amb altres cèl·lules i molècules per la sang fins al teixit diana. En conseqüència, en rebre una mostra de sang s'obtenen les vesícules que estan viatjant al sistema de circulació en aquest moment concret. Ed. Ainhoa Alberro Garitano amb l'aplicació BioRender.

Bibliografia

Clegg, A. Young, J. Iliffe, S.; Olde Rikkert, M.; Rockwood, K. (2013). Frailty in older people. The Lancet, 381(9868): 752–762.

Frasca, D. Blomberg, B.B. (2016). Inflammaging decreases adaptive and innate immune responses in mice and humans. Biogerontology, 17(1): 7–19.

Global Health Observatory data repository. Life expectancy and Healthy life expectancy. Data by WHO region. http://apps.who.int/gho/data/view.main.sdg2016lexregv?lang=en

López, Otín Blasco, M. a. Partridge, L.; Serrano, M.; Kroemer, G. (2013). The hallmarks of aging. Cell, 153(6): 1194-1217.

Van Niel, G. Angelo, G.D.; Raposo, G. (2018). Shedding light on the cell biology of extracellular vesicles. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 19(4): 213–228.

Vermeiren, S. Vella -Azzopardi, R. Beckwée, D. Habbig, A.K. ; ; ; Scafoglieri, A. Jansen, B. Bautmans, I. Bautmans, I. Verté, D. Beyer, I.; et al. (2016). Frailty and the Prediction of Negative Health Outcomes: A Metabòlic -Analysis. Journal of the American Medical Directors Association, 17(12): 1163.e1-1163.e17.

World Health Organization. (2015). World report on ageing and health.