Modelli del sistema immunitario

Il sistema immunitario è un sistema complesso che condivide molti aspetti con il sistema nervoso, come la capacità di rispondere in modo selettivo a stimoli esterni elaborando una memoria a lungo termine. Anche se delocalizzata, la componente piu` evoluta del sistema immunitario, che è quella clonotipica, basata sui linfociti B e T, ha canali di comunicazione attraverso una varietà di segnali molecolari. Interagisce inoltre con il sistema piu` antico basato sui macrofagi e sulle cellule dentriche attraverso mediatori molecolari come le citochine. I linfociti si muovono in una rete, il sistema linfatico, che si allaccia a centri (linfonodi) ed organi privilegiati (pelle, milza ecc) dove interagiscono con elementi estranei pericolosi per l'integrità dell'organismo detti genericamente antigeni sia esogeni virus, batteri sia endogeni quali cellule mutanti come quelle tumorali.
Un meccanismo basilare è il riconoscimento dell'antigene da parte di un linfocita tramite complementarietà sterica (chiave-serratura) e la sua mutazione dallo stato vergine a quello di memoria, in cui è avvenuta una marcatura. Le cellule di memoria formano un vastissimo repertorio che consente all'organismo di reagire in modo piu` efficace contro gli stessi agenti o agenti similari (cross-reattività ). Si riconoscono in questo sistema complesso diverse analogie con quello della mobilità urbana. Due punti importanti sono la presenza di un carico antigenico che ha fasi acute ed una fase cronica in cui lo stimolo medio mantiene un valore basso ma presenta rapide fluttuazioni. La presenza di un rumore antigenico è rilevante al pari della presenza di cellule T vergini che possono essere marchiate da nuovi antigeni. L'esaurimento del compartimento delle cellule vergini comporta la perdita di flessibilità del sistema e quindi è stato proposto come marcatore di mortalità nonostante una parziale compensazione effettuata dal sistema innato.
E` stato costruito un modello matematico che descrive l'evoluzione delle due popolazioni di linfociti T vergini e di memoria (piu` gli effettori) soggetto a fluttuazioni. Assumendo con indicatore di mortalità l'esaurimento del primo compartimento si deriva una probabilità di sopravvivenza. Sia le concentrazioni sia le curve di sopravvivenza sono in buon accordo con dati clinici e demografici. L'analisi storica fornisce indicazioni sulla immunonesenescenza come causa prevalente di morte nelle società evolute. Anche l'espansione di un clone è stata modellata a livello meoscopico con un modello stocastico in cui la componente deterministica descrive in modo corretto l'omeostasi a seguito di un insulto antigenico acuto.
Il modello corrisponde a quello meccanico di una particella soggetta a un potenziale periodico (landscape) ed una forza dissipativa che determina le posizioni di equilibrio cui si aggiunge una forza impulsiva (carico acuto acuto) ed una fluttuante con valor medio non nullo (carico antigenico cronico). Le oscillazioni della dimensione del clone sono sperimentalmente osservate.
Il modello potrebbe svilupparsi attraverso una descrizione microscopica dei cloni utilizzando una rete in cui si muovono sia i linfociti sia gli antigeni, adattando allo scopo il simulatore sviluppato per la mobilita` urbana. La figura presenta un confronto tra:
una distribuzione di linfociti T vergini ed i risultati del modello (sinistra), curve di sopravvivenza previste dal modello e dati demografici (destra).