Ai sistemi difensivi dell’organismo partecipano diversi tipi di cellule che interagiscono tra loro: linfociti, macrofagi, granulociti, mastociti, cellule dendritiche.
Nell’adulto quasi tutte queste cellule originano, si moltiplicano e maturano nel midollo osseo; allo stadio maturo si trasferiscono nel torrente circolatorio ove possono permanere, oppure migrare nei tessuti.
La maggior parte di queste cellule opera in modo non specifico e non necessita di una precedente sensibilizzazione all’antigene. Diverso è invece il comportamento dei linfociti, che agiscono specificatamente e rappresentano pertanto le cellule immunitarie in “sensu stricto”.
I Granulociti, così chiamati per la presenza di granuli citoplasmatici, sono cellule completamente differenziate, a vita breve, che originano dal midollo osseo da un progenitore comune. Vengono classificati in Neutrofili, Eosinofili e Basofili sulla base delle caratteristiche tintoriali dopo colorazione di Giemsa o di Wight.
I Neutrofili rappresentano circa il 70% dei leucociti del sangue. Dopo maturazione nel midollo (9-10 giorni) e passaggio nel sangue non persistono nel circolo più di qualche giorno e vengono quindi eliminati attraverso il tratto gastro-enterico. Una parte di essi passa invece dal sangue ai tessuti, richiamata dalla eventuale presenza di batteri ed altre sostanze chemiotattiche. Qui essi esplicano attività fagocitaria e muoiono entro poche ore a seguito di processi di frammentazione o della loro ingestione e digestione ad opera dei macrofagi. Le principali funzioni dei neutrofili risultano pertanto la fagocitosi dei microrganismi invasori, la liberazione di enzimi capaci di digerire materiali estranei e tessuti morti e la produzione di una sostanza che induce la febbre, il cosiddetto “pirogeno endogeno”.
Gli Eosinofili rappresentano circa il 2-5% dei leucociti del sangue. Sono caratterizzati dalla presenza di granuli citoplasmatici che contengono una grande varietà di enzimi. Il destino di queste cellule non è ben noto: alcune vengono fagocitate, altre vengono eliminate attraverso il sistema gastro-enterico ed i polmoni. L’eosinofilo è dotato di grande mobilità ed è in grado di fagocitare microrganismi e altri elementi. La loro azione difensiva sembra essere molto valida nei confronti di diverse infestazioni parassitarie. Essi inoltre si accumulano in abbondanza ove sono avvenute reazioni allergiche di tipo anafilattico.
I Basofili rappresentano circa l’1% dei leucociti del sangue. Il loro citoplasma contiene grossi e numerosi granuli metacromatici opachi che mascherano il nucleo e contengono, in grande quantità, mucopolisaccaridi acidi, istamina ed eparina, oltre a numerosi enzimi. Il loro movimento è di tipo ameboide, la loro capacità fagocitaria molto modesta. Essi esprimono sulla loro superfici recettori per le IgG, per la frazione C3 del complemento, ma soprattutto per le IgE, rappresentando quindi la controparte circolante dei mastociti tissutali.
I Mastociti sono cellule del tessuto connettivo ampiamente distribuite nell’organismo, ma particolarmente concentrate nelle regioni più esposte agli antigeni. Essi sono principalmente coinvolti nelle reazioni antigene anticorpo di tipo anafilattico.
I Macrofagi originano nel midollo osseo da cellule precursori le quali, successivamente, passano nel sangue come Monociti. Questi, dopo essere rimasti nel sangue per 10-30 ore, migrano nei tessuti ove si trasformano in macrofagi. I monociti nel sangue rappresentano circa il 5% dei leucociti circolanti. Quando passano nei tessuti come macrofagi acquisiscono una maggiore attività fagocitaria, che si accompagna ad un aumento dimensionale del citoplasma e numerico degli organuli quali lisosomi, microtubuli, microfilamenti. Monociti e macrofagi sono caratterizzati dalla capacità di aderire alle superfici solide, di muoversi attivamente, di rispondere intensamente a stimoli chemiotattici e di essere capaci di ingerire le sostanze più diverse, sia organiche (virus, batteri, protozoi) sia inorganiche (carbone, silicio, amianto, ecc).
I Linfociti, per diverse ragioni, rappresentano le più “sofisticate” cellule della risposta immunitaria. Essi sono le cellule cardine della risposta immunitaria e circolano in tutti i tessuti ed organi, pronti ad intervenire in difesa dell’ospite contro le infezioni, ovunque esse si realizzino. Il riconoscimento dell’antigene ad opera del linfocita innesca una serie di eventi che conducono alla distruzione e/o alla rimozione dell’antigene stesso.
Espressione di intelligenza della membrana cellulare
Molte delle funzioni di tutte queste cellule derivano direttamente dalle attività innescate dalle proteine di membrana; il movimento prodotto da questi “ingranaggi” favorisce funzioni fisiologiche che consentono la vita e la difesa dell’organismo.
Di seguito una analisi di diverse forma di attività cellulare che supportano il ruolo della membrana plasmatica quale vero “cervello “ dell’attività cellulare.
Trasporto vescicolare: si tratta di una forma di trasporto molto complessa che non si svolge elusivamente nella membrana cellulare, ma interessa anche il citoplasma e richiede la formazione di vescicole, al cui interno sono contenute le macromolecole da trasportare.
A livello della membrana plasmatica si ha il trasferimento di macromolecole extracellulari all’interno della cellula (endocitosi) come ad esempio “LDL” ma anche “detriti cellulari” di cellule necrotiche, “corpi apoptotici”, “microrganismi” (batteri, virus) o di componenti intracellulari nell’ambiente extracellulare (esocitosi), come ad esempio “anticorpi” rilasciati da plasmacellule attivate.
Esocitosi: per esocitosi si intende il rilascio verso l’esterno della cellula di macromolecole contenute in vescicole dopo la fusione di queste ultime con la membrana plasmatica. Esistono due tipi di esocitosi: a secrezione costitutiva (vescicole esocitiche) a secrezione regolata (vescicole secretorie). Nel primo caso le sostanze secrete non si accumulano nella cellula ma, man mano che vengono prodotte, sono esocitate per continuo flusso di vescicole rivestite di proteine (es. rilascio di anticorpi da parte di plasmacellule attivate). Nel secondo caso invece si ha l’accumulo delle sostanze all’interno di granuli di secreto detti “granuli di condensazione”. I granuli si concentrano nella cellula nella regione apicale sino a quando un segnale ormonale o un neurotrasmettitore induce la loro progressione verso la membrana plasmatica, la loro fusione con essa ed il rilascio all’esterno del contenuto.
Endocitosi: per endocitosi si intende l’internalizzazione di macromolecole all’interno della cellula che vengono racchiuse da “vescicole endocitarie” (fagosomi o endosomi) e, giunte ai lisosomi, vengono rapidamente degradate; i prodotti di digestione come aminoacidi, carboidrati, nucleotidi ecc. sono trasportati attraverso la membrana lisosomiale nel citosol, dove sono utilizzati dalla cellula.
L’endocitosi non è deputata soltanto alla digestione del cibo, ma svolge anche una importante attività di difesa e regolazione delle funzioni cellulari. L’endocitosi può avvenire attraverso tre meccanismi diversi:
- Fagocitosi
- Endocitosi mediata da recettore
- Pinocitosi
Fagocitosi: il “processo di fagocitosi” rappresenta in molti organismi unicellulari il meccanismo di nutrizione, mentre negli organismi pluricellulari, la fagocitosi viene esercitata da cellule specializzate , generalmente macrofagi e neutrofili, il cui scopo principale è difesa.
La “fagocitosi” è un processo altamente attivo in quanto è caratterizzata dalla polimerizzazione di “monomeri di actina” per formare dei microfilamenti necessari per la realizzazione di “pseudopodi”, cioè estroflessioni della membrana plasmatica. Quest’ultima può quindi circondare una particella solida relativamente grande come un “microrganismo” (batteri o virus). “detriti cellulari” o “corpi apoptotici”. Si ha dunque la formazione di “fagosomi” all’interno della cellula, i quali andranno a fondersi con “lisosomi” per formare un “fagolisosoma”, dove gli enzimi litici digeriscono il materiale fagocitato.
La fagocitosi può essere Aspecifica o Specifica.
Nel primo caso il materiale viene internalizzato senza che vi sia uno specifico riconoscimento da parte del fagocita, come accade per la rimozione dei “detriti cellulari” di cellule necrotiche, nelle zone di infiammazione da parte dei macrofagi e dei neutrofili. Questo tipo di fagocitosi implica anche la produzione di “citochine infiammatorie” da parte dei macrofagi i quali, oltre ad attivare se stessi, contribuiscono a richiamare ulteriori macrofagi e neutrofili sul luogo della infiammazione per una “massiva fagocitosi”.
Nel secondo caso si ha uno “specifico” riconoscimento tra il materiale che deve essere internalizzato ed il fagocita. Questo accade quando all’interno della cellula devono essere fagocitate sostanze estranee come “ microrganismi” o “corpi apoptotici”. Il microrganismo viene ricoperto da particolari proteine delle “opsonine” rilasciare dal fagocita che sono riconosciute tramite specifiche proteine di superficie, dette “recettori Fc”. Alcuni microrganismi, quali ad esempio il “Mycobacterium tuberculosis”, sono in grado di prolungare a lungo la loro sopravvivenza all’intermo del fagosoma impedendone la fusione con i lisosomi. Le cellule apoptotiche sono caratterizzate da profondi cambiamenti della superficie cellulare, quali cambiamenti di zuccheri di superficie, cambiamenti di carice ed esposizione della “fosfadilserina” sulla superficie esterna della cellula. Tutti questi cambiamenti sono riconosciuti da numerosi “sistemi recettoriali” presenti sulla superficie del fagocita che internalizza la “cellula apoptotica”.
Tutti questi fenomeni sono la tangibile testimonianza di come la membrana cellulare rappresenta l’interfaccia tra i segnali ambientali e le proteine citoplasmatiche che generano i comportamenti cellulari necessari alla vita e alla difesa dell’organismo.
Inoltre, i fenomeni descritti dimostrano come le proteine di membrana, comportandosi da “recettori effettori”, costituiscono le basi fisiche fondamentali della “intelligenza cerebrale della cellula”.