La risposta immunitaria nell’ambiente soggetto a rumore.

Data inizio
1 marzo 2002
Durata (mesi) 
24
Parole chiave
RISPOSTA IMMUNITARIA, ANTIGENE, AMBIENTE, RUMORE, REGOLAZIONE, VACCINI

Non vi è dubbio che il sistema immunitario sia un sistema complesso. La complessità deriva 1) dall’elevato numero di cellule e molecole che interagiscono tra loro, spesso in modo non lineare, per sostenere tutte le funzioni immunitarie; 2) dalle interrelazioni che il sistema immunitario ha con altri sistemi quali il sistema neuroendocrino e 3) dalle interazioni dell’ambiente esterno sul sistema immunitario. L’elevato numero di segnali che agiscono sulla risposta immunitaria definiscono l’ambiente in cui il sistema immunitario opera: tale ambiente è necessariamente soggetto a rumore proprio per la molteplicità di segnali che lo caratterizzano. In particolare, è possibile definire due tipi di rumore immunologico: 1) un rumore interno, dovuto al gran numero di segnali molecolari e di cellule appartenenti al sistema immunitario che interagiscono a rete durante una risposta o nell’omeostasi del sistema stesso. Dal punto di vista biologico il rumore interno potrebbe essere paragonato ad uno stato sub-infiammatorio necessario a sostenere una risposta immunitaria; 2) un rumore esterno, dovuto ai vari segnali antigenici e/o ai vari segnali molecolari del mondo esterno in grado di interagire con il sistema (e quindi anche con il suo rumore interno) durante la vita di un organismo.
Il paradigma emergente della fisiologia dei sistemi complessi naturali sostiene che un sistema complesso opera adeguandosi al meglio all’ambiente e/o sfruttando il rumore ambientale per ottimizzare il proprio funzionamento (1). Questo paradigma vale per diversi sistemi sia di tipo fisico (laser, particelle, stelle) sia di tipo biologico (sistema nervoso e sensoriale) (1). In biologia i meccanismi per cui il rumore ottimizza il funzionamento di un sistema sono stati verificati a livello molecolare, a livello di singola cellula e a livello di network di cellule (1,2) e dunque tali meccanismi appaiono essere indipendenti dalla scala a cui li si osserva. Ad esempio, la risposta di neuroni a stimoli è ottimizzata per valori non nulli del rumore ambientale attraverso un meccanismo noto con il nome di risonanza stocastica (1). La comunicazione tra neuroni, d’altra parte, genera di per sé rumore (rumore interno). Tale rumore sembra giochi un ruolo fondamentale per il mantenimento di uno stato attivato dei neuroni stessi (2).
Si tratta allora di verificare questa ipotesi a livello di sistema immunitario. Il sistema immunitario, come qualunque altro sistema complesso naturale, si sviluppa nell’ontogenesi, opera e si evolve in un ambiente soggetto a rumore. Evidentemente deve esistere un livello di rumore ottimale per la risposta immunitaria; modificare la quantità di rumore potrebbe portare ad una modulazione, positiva o negativa, della risposta immunitaria. Alcune evidenze sperimentali sembrano suggerire la validità dell’ipotesi del ruolo regolatorio del rumore immunologico interno ed esterno: è noto che le infezioni batteriche (rumore ambientale) proteggono i topi NOD (non-obese diabetic) dall’insorgenza spontanea di diabete (3); la risposta di topi a stimoli antigenici è aumentata a seguito della co-somministrazione di IgM singeniche non correlate all’antigene (e dunque, nella nostra ipotesi, agendo a livello di rumore interno) (4).
Da un punto di vista operativo si deve riconoscere che il rumore immunologico, come più sopra definito e cioè il rumore interno ed esterno del sistema immunitario, varia in intensità nel tempo. Ad una scala temporale ridotta, il rumore varia durante la risposta ad un antigene e, probabilmente, tale variazione è diversa durante la risposta primaria e la risposta secondaria. Su scala più ampia, fluttuazioni dell’intensità del rumore immunologico potrebbero caratterizzare lo stato di infiammazione cronica. Su scala ancora più elevata, l’ambiente potrebbe avere un ruolo determinante nella strutturazione del sistema immunitario durante le prime fasi di vita di un organismo e nel determinare l’esaurimento dei compartimenti immunologici. A questo proposito, è stato proposto che la continua stimolazione ambientale determini l’esaurimento del pool di linfociti vergini e che tale esaurimento correli con una perdita della variabilità del repertorio nell’anziano e con la spettanza di vita dell’uomo (5). Capire quali relazioni quantitative intercorrano tra efficienza ed efficacia della risposta immunitaria e variazione dell’intensità del rumore alle diverse scale temporali considerate potrebbe pertanto permettere di ottimizzare l’efficacia della stessa risposta ad antigeni, con ovvie ricadute nel campo dei vaccini, e prevedere come si modifichi la strutturazione del sistema immunitario nel tempo. Uno studio di questo tipo non può essere condotto se non all’interno di un approccio multidisciplinare che permetta di assorbire e integrare nozioni sviluppate all’interno di discipline apparentemente lontane tra loro quali la fisica, la matematica, la biologia e la medicina.

Enti finanziatori:

Ministero dell'Istruzione dell'Università e della Ricerca
Finanziamento: assegnato e gestito dal Dipartimento
Programma: PRIN

Partecipanti al progetto

Tiziana Cestari
Tecnico-Amministrativo
Silvia Sartoris
Ricercatore

Collaboratori esterni

Diego Liberati
CNR - Milano Elettronica e Informazione, Politecnico di Milano Dirigente di Ricerca
Anna Pia Riviera
Azienda Ospedaliera di Verona Patologia Dirigente Biologo I livello

Attività

Strutture