A maioria das células evolui lentamente, acumulando mudanças incrementais que melhor se adequam aos seus ambientes. As células imunes, porque devem se adaptar rapidamente para combater novas ameaças, evoluem muito mais rapidamente. Parte disso, os físicos da UCLA agora relatam, baseia-se em sua capacidade de forçar a retirada de antígenos da superfície de outras células e "estudá-los".

Ao usar esse tipo de força mecânica , as células B do sistema imunológico , que criam anticorpos que combatem patógenos nocivos como vírus, bactérias e parasitas visando seus antígenos , são capazes de avaliar melhor as propriedades de determinados antígenos, comparar quais tipos de as células entre a população de células B reconhecem e respondem a cada antígeno com mais eficiência e produzem mais dessas células.

A descoberta de que as células imunológicas usam força mecânica – além da sinalização bioquímica – de maneira ativa e deliberada para avançar em sua própria evolução acrescenta um novo paradigma aos estudos de aprendizado e memória do sistema imunológico, disse Shenshen Wang, professor assistente de física e ciência da UCLA. astronomia e autor correspondente da pesquisa.

“Mostramos que as células imunológicas de rápida evolução usam o sentido tátil, aplicando forças de tração ativas, para aprender sobre seus alvos antigênicos e se classificar”, disse Wang. “Essa detecção física ativa permite que o repertório de células imunológicas responda efetivamente aos desafios atuais, sendo flexível e adaptável contra ameaças futuras”.

O fato de as células sentirem e responderem a forças físicas externas tem sido a pedra angular da biologia. Mas o conhecimento de que eles geram suas próprias forças físicas para adquirir sinais é recente, com consequências evolutivas até agora pouco exploradas. Wang disse que as descobertas podem ajudar os cientistas a descobrir como orientar a evolução do sistema imunológico, projetando uma sequência de vacinas para ajudá-lo a aprender a identificar e codificar as características mais importantes de diferentes antígenos. Um sistema imunológico ajustado dessa maneira poderia, por exemplo, reconhecer e neutralizar um vírus que nunca encontrou antes com muito mais rapidez.

A pesquisa é publicada em dois artigos de periódicos. Em Proceedings of the National Academy of Sciences , Wang e seu co-autor, Hongda Jiang, estudante de doutorado em física da UCLA, descrevem como as células B extraem antígenos das células apresentadoras de antígeno às quais estão conectadas, gerando estresse mecânico que se propaga através das superfícies celulares conectadas e muda a distribuição de energia nos pontos onde as células se tocam.

Em um artigo aceito para publicação na revista de acesso aberto Physical Review X , Wang e Jiang abordam o dilema das células imunológicas: como o conjunto finito de células B imunes do corpo alcança um equilíbrio entre responder com força suficiente aos antígenos que já encontraram enquanto também sendo capaz de reconhecer patógenos que nunca viram antes. A nova pesquisa mostra que a evolução impulsionada pela força mecânica das células B melhora a diversidade da memória, dando à imunidade natural maior potencial adaptativo, equilibrando a potência da resposta aos antígenos com a amplitude da cobertura.

Ao abrir uma ampla variedade de caminhos biofísicos para melhorar a capacidade de reconhecimento de antígenos, esse processo ativo dá à imunidade natural do corpo mais maneiras de se adaptar a novos mutantes e variantes futuras. Os autores escrevem que o processo funciona de mãos dadas com a detecção biomecânica e a sinalização bioquímica para produzir sistemas imunológicos ágeis, capazes de evoluir rapidamente para lidar com novos desafios.

"Estamos propondo um novo paradigma de reconhecimento biológico por meio da aquisição física de estímulos, que pode complementar a visão atual centrada na sinalização bioquímica", disse Wang. "Enquanto isso, oferece um novo ângulo para entender a adaptação biológica à luz das influências físicas na evolução. Nossas descobertas têm amplas implicações para entender o aprendizado biológico e para orientar fisicamente a evolução adaptativa em geral e a resposta imune em particular".