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Células B

Os linfócitos B, também conhecidos como células B, são componentes importantes do sistema imunológico adaptativo. Na medula óssea, as células-tronco hematopoiéticas passam por uma série de etapas para se tornarem células B naive maduras. As células migram para órgãos linfoides secundários para a sua ativação e posterior maturação. O processo envolve a estimulação do antigénio, com ou sem a ajuda de células T. A ativação independente de células T gera uma resposta imune de curta duração (via células plasmáticas), observada com antigénios como lipopolissacarídeos bacterianos. Por outro lado, a ativação dependente de células T produz células plasmáticas e células de memória. As células B ativadas proliferam então nos centros germinativos, mas nem todas se tornam células B efetoras. Através da hipermutação somática, as células B sofrem mecanismos adicionais para aumentar a afinidade do anticorpo pelo antigénio. Somente aquelas com recetores de células B de alta afinidade avançam posteriormente para a diferenciação terminal. As células B passam então por uma mudança de classe (de IgM para outra classe de Ig) sob a influência de citocinas. Após a troca de classe, as células B tornam-se células plasmáticas (que produzem anticorpos) ou células de memória (que desencadeiam uma resposta imune secundária robusta).

Última atualização: Aug 1, 2022

Responsibilidade editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

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Desenvolvimento das Células B

Definição

Os linfócitos B (derivados da medula óssea), ou células B, são um tipo de linfócitos provenientes do progenitor linfoide comum.

  • Envolvidos na imunidade adaptativa humoral
  • Funções:
    • As células B diferenciam-se em plasmócitos → produzem anticorpos (que previnem a infeção ao inibir a ligação de microorganismos às células-alvo)
    • As células B diferenciam-se em células de memória → ativadas contra uma reinfeção

Desenvolvimento

  • Começa transitoriamente no fígado fetal no período pré-natal e continua na medula óssea ao longo da vida
  • Na medula óssea: células-tronco hematopoiéticas (HSCs, pela sigla em inglês) → progenitor linfoide comum (PLC)
  • Para produzir uma célula B madura funcional a partir de um PLC:
    • Deve ser expressa a molécula de Ig de superfície celular (uma parte do recetor de célula B (BCR, pela sigla em inglês)).
    • O DNA da linhagem germinativa não possui os genes completos que codificam uma Ig completa.
    • São necessários rearranjos de genes (que unem diferentes segmentos) dentro das células B para formar a molécula de Ig.
    • Este processo produz uma grande variedade de células B; estas vão conferem proteção contra diferentes tipos de infeções.
  • Molécula de superfície celular (Ig):
    • Possui cadeias pesadas (μ, δ, γ, α ou ε), ligadas por dissulfeto a cadeias leves (κ ou λ)
    • Os genes da cadeia pesada (encontrados num único locus de gene, cadeia pesada de Ig (IGH, pela sigla em inglês)), são formados a partir de 4 segmentos de genes:
      • Região variável (V)
      • Segmento de diversidade (D)
      • Região de junção (J)
      • Região constante (C)
    • Os genes da cadeia leve (encontrados como 2 loci em genes separados: o locus κ[IGK] e o locus λ[IGL] ) vêm de 3 segmentos de genes:
      • Região variável (V)
      • Região de junção (J)
      • Região constante (C)
Receptor de células b (bcr)

O recetor de células B (BCR, pela sigla em inglês) consiste na molécula de Ig e na molécula de sinalização:
A Ig contém 2 cadeias pesadas idênticas e 2 cadeias leves idênticas ligadas por uma ponte dissulfeto. A Ig ligada à membrana é ancorada à superfície da célula.

Imagem: “Figure 42 02 06” por OpenStax. Licença: CC BY 4.0

Estadios

Para obter a sua funcionalidade, a célula B passa por etapas na medula óssea e nos órgãos linfoides secundários:

  • Nos estadios iniciais na medula óssea, o objetivo é construir o recetor (não requer a presença do antigénio).
  • Quando libertada para os órgãos linfoides secundários, a célula B é ativada pelo antigénio (com ou sem a ajuda de células T), prosseguindo o processo de maturação.
Tabela: Estadios do desenvolvimento de células B
Estadio de maturação Genes Ig Recetor de células B (BCR) Eventos associados
Independente de antigénio
Célula pré-pro-B DNA de linha germinativa Nenhum Sem expressão de cadeia pesada ou leve
Célula Pró-B Rearranjo DJ IGH Nenhum Começa a expressar CD19, CD34 e HLA-DR (antigénio de histocompatibilidade de classe II)
Célula pré-B Rearranjo IGH VDJ Forma-se o Pré-BCR:
  • Presente na cadeia pesada
  • Cadeia leve substituta presente
Surgem outros marcadores (CD79, CD10, CD20, CD40 e desoxinucleotidil transferase terminal entre eles).
Célula B imatura
  • Rearranjo IGH VDJ
  • Rearranjo VJ de cadeia leve
BCR maduro (molécula IgM) A expressão de HLA-DR, CD19, CD20 e CD40 continua, ao contrário de outros marcadores (por exemplo, CD10, CD34 e desoxinucleotidil transferase terminal).
Célula B madura (naive)
  • Rearranjo IGH VDJ
  • Rearranjo VJ de cadeia leve
Com BCR maduro (IgM) → saída da medula óssea Expressam todos CD19 e CD20.
Dependente de antigénio
Célula B madura (em tecidos linfoides secundários) BCR maduro (expressa IgM e IgD quando nos tecidos linfoides secundários) As células podem descansar ou pode ocorrer a sua ativação: as células B interagem com o antigénio exógeno e/ou células T auxiliares.
Célula B ativada Troca de classe Uma vez ativada, pode mudar para IgE, IgG, IgA ou permanecer como IgM
Célula B de memória
  • Célula B ativada → algumas tornam-se células B de memória
  • Circulam prontas para reagir à estimulação do antigénio e gerar células plasmáticas
Célula de plasma
  • Célula B ativada → algumas tornam-se células plasmáticas
  • Células grandes que secretam anticorpos que combatem a infeção
  • Migram para a medula óssea
D: segmento de diversidade
J: região de junção
V: região variável
Differentiation stages of the b cell

Fases de diferenciação da célula B:
Nos estadios independentes de antigénio, a produção de células B começa com a célula-tronco hematopoiética (HSC, pela sigla em inglês), que se torna um progenitor linfoide comum (CLP, pela sigla em inglês) e, de seguida, numa célula pré-pro-B ou célula progenitora B. Os próximos passos incluem o rearranjo de segmentos de genes para formar a molécula de Ig. As cadeias pesadas de imunoglobulinas começam com o rearranjo da diversidade e a junção de segmentos para formar a célula pró-B. Na etapa seguinte (célula pré-B), a recombinação da cadeia pesada de Ig (variabilidade, diversidade, junção) é completada e o recetor da célula pré-B é formado. O rearranjo da cadeia leve (kappa (κ) ou lambda (λ)) resulta na expressão de uma molécula de anticorpo IgM completa por uma célula B imatura. Segue-se a formação da célula B madura (“naive”) com IgM e IgD.
Os estadios dependentes de antigénio ocorrem em tecidos linfoides secundários. Uma vez que a célula B madura produz IgM e IgD, pode ocorrer uma mudança de classe para produzir IgE, IgG e IgA. As células B são ativadas e tornam-se células plasmáticas ou células de memória.

Imagem por Lecturio.

Ativação da Célula B

A célula B migra da medula óssea para os órgãos linfoides secundários. Este processo leva uma série de etapas para a produção de uma célula B diferenciada funcional: ativação por um antigénio, proliferação, maturação de afinidade, mudança de classe e diferenciação (em célula plasmática ou de memória).

Processo inicial de ativação

  • As células B naive migram para os órgãos linfoides secundários, sobretudo para os nódulos linfáticos e baço.
    • Nos gânglios linfáticos:
      • As células B encontram-se no córtex.
      • As células T encontram-se no paracórtex.
      • A entrada de células B no tecido dá-se por ligação a um endotélio especializado (vénulas endoteliais altas (HEVs, pela sigla em inglês)).
    • É no interior dos órgãos linfoides secundários que são expressas as imunoglobulinas IgM e IgD de superfície.
  • As células B são células em repouso que sofrem apoptose se não forem ativadas (por antigénio).
  • São necessários dois sinais para a ativação das células B:
    • Sinal 1: ligação do antigénio ao BCR (quanto mais BCRs reticulados pelo antigénio, mais forte o sinal)
    • Sinal 2:
      • As fontes inflamatórias ou os antigénios representam uma ameaça para o hospedeiro.
      • Sem o sinal 2, as células B não são ativadas (evitando a ativação inadvertida por antigénios inofensivos).
Corte histológico do linfonodo mostrando o córtex, o paracórtex e a medula

Corte histológico de um nódulo linfático, visualizando-se o córtex, o paracórtex e a medula

Imagem de Geoffrey Meyer, editada por Lecturio.
Estrutura e regiões funcionais de um linfonodo

Estrutura e regiões funcionais de um nódulo linfático: formado por uma cápsula fibrosa rica em colagénio e um seio subcapsular (SCS, pela sigla em inglês) subjacente.
As células são secretadas no (1) córtex (constituído por células B, células T auxiliares foliculares e células dendríticas foliculares [FDCs, pela sigla em inglês], dispostos em folículos primários, nos quais as células B pesquisam os antigénios presentes na rede estromal da FDC); e (2) no paracórtex (que contém células T, células dendríticas [DCs, pela sigla em inglês] e células reticulares fibroblásticas [FRCs, pela sigla em inglês], que formam redes de células estromais e fibras reticulares).
A medula interna é composta por tecidos linfáticos (cordões medulares) separados por seios medulares constituídos por linfa.

Imagem: “The structure of the lymph node” por Colbeck, Ager, Gallimore e Jones. Licença: CC BY 4.0

Seleção clonal

  • Desafio do antigénio:
    • A interação ocorre apenas entre o antigénio e a célula B melhor “correspondida” ou mais compatível (com base no BCR específico).
    • Corresponde a uma forma de seleção positiva, com a célula B recém-ligada ativada para responder.
    • Quando a ligação ocorre a célula B divide-se e forma um clone.
  • O clone selecionado sofre expansão clonal (ou proliferação) com a ajuda de células T.

Tipos de ativação

A ativação de células B por apresentação de antigénio pode ocorrer através de diferentes vias:

  • Dependente de células T:
    • O antigénio circulante interage com o BCR.
    • O antigénio é endocitado e degradado.
    • Posteriormente, os componentes peptídicos são complexados com moléculas MHC II da superfície celular.
    • Papel das células T:
      • As células T auxiliares foliculares (Tfh) são células T auxiliares CD4+ especializadas previamente ativadas por células dendríticas (apresentando o mesmo antigénio).
      • As células Tfh reconhecem e ligam-se ao complexo antigénio-MHC II.
      • As células Tfh expressam o CD40 (CD40L), que se liga ao CD40 das células B, levando à sua ativação e proliferação.
    • As células B ativadas multiplicam-se nos centros germinativos e sofrem diferenciação.
    • A vacina pneumocócica conjugada 13-valente (PCV13) assenta no mesmo processo:
      • O conjugado polissacarídeo-proteína induz uma resposta imune dependente de células T.
      • Formam-se anticorpos específicos do serotipo pneumocócico (PS, pela sigla em inglês) e células B de memória, criando memória imunológica.
  • Independente de células T:
    • A ativação das células B nem sempre precisa da ajuda das células T.
    • Alguns antigénios, como os polissacarídeos de uma célula bacteriana, podem estimular diretamente as células B e ligar-se a muitos recetores IgM para obter um sinal forte 1.
    • O sinal 2 pode ser derivado do complemento C3b ligado à célula bacteriana ou de padrões moleculares associados ao agente patogénico.
    • Sem ajuda das células T, estas respostas são de curta duração, geradas essencialmente pela produção de IgM (comutação de classe limitada e sem células de memória).
    • Um exemplo desta via é a vacina pneumocócica polissacarídica 23 (PPSV23):
      • Carrega polissacarídeos de superfície de 23 serotipos de Streptococcus pneumoniae.
      • O sinal 1 é o polissacarídeo e o sinal 2 é o adjuvante (não é reconhecido nenhum péptido/proteína pelas células Th).
      • Com os 2 sinais, a ativação e proliferação de células B ocorrem independentemente das células T.
Ligação de células t e b

Ativação de células B (dependente de células T):
O antigénio circulante interage com o BCR da célula B. O antigénio é endocitado e degradado, e os componentes peptídicos são complexados com moléculas MHC II da superfície celular. As células T auxiliares foliculares (Tfh) (células T auxiliares especializadas CD4+) reconhecem e ligam-se ao complexo antigénio-MHC II. As citocinas são libertadas pelas células Tfh, levando à ativação e proliferação das células B. As células B ativadas entram nos centros germinativos, onde sofrem diferenciação.

Imagem: “T and B cell binding” por OpenStax College. Licença: CC BY 3.0

Maturação e Diferenciação de Células B

Maturação de afinidade

  • Enquanto a célula B é ativada, ocorrem processos na zona escura do centro germinativo para aumentar a afinidade do anticorpo ao antigénio.
  • A maturação por afinidade é o mecanismo pelo qual as células B, após estimulação repetida, aperfeiçoam a sua afinidade a um antigénio específico que lhes é apresentado.
  • O aumento da afinidade é facilitado pela hipermutação somática (SHM, pela sigla em inglês):
    • Corresponde a uma mutação programada que envolve as regiões variáveis dos genes de cadeia pesada e leve de Ig, que ocorre após ativação dependente de antigénio
    • Processo impulsionado por enzimas modificadoras de DNA:
      • Citidina desaminase induzida por ativação (AID, pela sigla em inglês)
      • Uracil-DNA glicosilase (UNG)
    • Produz um BCR com capacidade superior de reconhecimento e ligação ao antigénio
  • Seleção:
    • Após a mutação, as células B com BCRs de alta afinidade deslocam-se para a zona clara e ligam-se ao antigénio apresentado pelas células dendríticas foliculares (FDCs).
      • Alta afinidade com o antigénio → maior probabilidade de serem selecionados para apresentar e receber sinais de sobrevivência das células Tfh
      • As células B com menos afinidade não recebem sinais de sobrevivência e morrem por apoptose.
  • Este processo não contribui apenas para aumentar a diversidade, mas também para a seleção de células B mais desenvolvidas, as que sobrevivem e se diferenciam.

Recombinação de troca de classe (CSR)

  • As células B sobreviventes (com alta afinidade ao antigénio) sofrem uma mudança de classe, uma etapa que também requer AID.
    • A região constante da cadeia pesada pode alterar o segmento μ para um dos outros segmentos da cadeia pesada (γ, ε ou α).
    • A composição da cadeia pesada determina a classe Ig:
      • µ: IgM
      • δ: IgD
      • γ: IgG
      • α: IgA
      • ε: IgE
    • A comutação é influenciada por citocinas.
      • TGF-β: muda preferencialmente para IgA
      • IL-4: IgE
      • IFN-γ, IL-4: IgG
    • A região constante da cadeia pesada de Ig é alterada, mas a região variável permanece inalterada.
    • Como a região variável está intacta, a especificidade do anticorpo não muda.
  • Após a mudança de classe, as células B saem dos centros germinativos e diferenciam-se terminalmente em células plasmáticas ou células de memória.
Processos de ativação e maturação de células b no centro germinativo

Processos de ativação e maturação de células B que ocorrem no centro germinativo:
Na ativação, a célula B desloca-se da zona do manto e entra no centro germinativo. Dá-se a proliferação de células B (expansão clonal) e o aumento da afinidade do anticorpo para o antigénio, através do processo de hipermutação somática. Os ciclos repetidos de proliferação e hipermutação ajustam o recetor de células B. Contudo, nem todas as células B continuam a diferenciação, sobretudo se a afinidade for fraca. Se a ligação antigénio-anticorpo não for adequada pode ocorrer a apoptose. As células com forte afinidade sobrevivem (seleção) com a ajuda de sinais de sobrevivência de células dendríticas foliculares e células T. Estas células B selecionadas seguem para a mudança de classe e diferenciação em células plasmáticas ou células de memória.

Imagem por Lecturio. Licença: CC BY-NC-SA 4.0
Coloração de hematoxilina e eosina do centro germinativo do tecido linfóide secundário

Centro germinativo: imagem histológica do centro germinativo de um tecido linfoide secundário
LZ: zona clara
DZ: zona escura

Imagem: “Haematoxylin and eosin stain” por Petra Korać et al. Licença: CC BY 4.0, cortado por Lecturio.

Células plasmáticas e células de memória

  • Células plasmáticas:
    • Células grandes (até 20 micrómetros de diâmetro)
    • Produzem anticorpos
    • Migram para a medula óssea
  • Células de memória:
    • Reagem à estimulação antigénica (em resposta a uma reinfeção)
    • Geram plasmócitos, que possuem anticorpos de alta afinidade em respostas imunes secundárias
Summary of b cell development to differentiation

Resumo do desenvolvimento de células B até à sua diferenciação (da medula óssea ao órgão linfoide secundário):

Desenvolvimento de células B:
Na medula óssea, as células B transformam-se em células B imaturas, processo no qual é formado o recetor de células B (BCR). De seguida, a célula B migra para os órgãos linfoides secundários, onde ocorre a ativação.

Ativação de células B:
O antigénio liga-se à célula B com o BCR de maior afinidade. A ativação por ser independente de células T, quando a célula B ativada se diferencia numa célula plasmática de vida curta (produzindo anticorpos) sem a ajuda da célula T, ou dependente de células T, que reconhecem o antigénio-MHC II, desencadeando a proliferação da célula B no centro germinativo do tecido linfoide.

Proliferação e maturação:
Posteriormente ocorre hipermutação somática (SHM; uma mutação programada para ajustar ainda mais a afinidade do anticorpo para o antigénio), que consiste em ciclos repetidos de proliferação e hipermutação para aperfeiçoamento do BCR. São selecionados apenas aqueles com maior afinidade; os com baixa afinidade sofrem apoptose. As células B sobreviventes passam então pela recombinação de troca de classe (CSR), na qual a composição da cadeia pesada é alterada (IgM para outros isotipos) com a ajuda de citocinas.

Diferenciação:
As células B diferenciam-se em plasmócitos e células de memória, abandonando o centro germinativo.

Imagem por Lecturio.

Diversidade de Anticorpos

A partir da produção inicial de células B, existem diversos processos que permitem que os humanos produzam diferentes moléculas de anticorpos que são significativamente maiores do que o número de genes no genoma.

Estima-se que sejam gerados bilhões de anticorpos, em comparação com cerca de 30.000 genes.

O sistema imunológico possui mecanismos únicos para criar diversidade de anticorpos, tais como:

  • Vários segmentos V, D, J:
    • Conforme mencionado na discussão do desenvolvimento inicial das células B, as cadeias pesadas e as cadeias leves têm múltiplos segmentos.
    • V, D, J, C para as cadeias pesadas
    • V, J, C para as cadeias leves
  • Rearranjos dos segmentos V, D, J:
    • Sequências de DNA (chamadas sequências de sinal de recombinação (RSSs)) entre cada segmento de gene.
    • Estas sequências são locais de reconhecimento para o processo de junção.
    • O complexo enzimático de recombinase RAG1 e RAG2 (genes ativadores de recombinação 1 e 2) reconhece o RSS e catalisa o processo de junção.
    • O défice de RAG1 ou RAG2 pode levar à produção de células B não funcionais.
    • ***Como mencionado anteriormente na secção anterior, os segmentos de cadeia leve são recombinados após os segmentos de cadeia pesada.
  • Diversidade juncional:
    • A união de segmentos de genes de anticorpos pode ser imprecisa.
    • Podem ser removidos e/ou inseridos vários nucleótidos a partir das extremidades dos segmentos de genes recombinados.
  • Diversidade combinatória: A diversidade é alcançada pelo emparelhamento aleatório das cadeias pesada e leve.
  • Hipermutação somática:
    • As mutações pontuais ocorrem com a estimulação repetida do antigénio (das respostas primárias às secundárias).
    • Aumenta a afinidade ao antigénio
    • Cria diversidade adicional para o anticorpo

Relevância Clínica

  • Agamaglobulinemia ligada ao X: resulta de mutações no gene do cromossoma X que codifica a tirosina quinase de Bruton (BTK, pela sigla em inglês), essencial para o desenvolvimento e maturação das células B. A doença é caracterizada pela ausência de células B e consequentes infeções recorrentes, sobretudo por bactérias e vírus encapsulados, envolvendo os pulmões, seios da face e pele, e também SNC. O tratamento envolve a administração de imunoglobulina.
  • Imunodeficiência comum variável (ICV): caracterizada por células B fenotipicamente normais que não conseguem produzir anticorpos. A imunodeficiência comum variável pode estar associada a vários defeitos moleculares que afetam a produção de anticorpos. A doença manifesta-se em adultos com infeções sinopulmonares recorrentes. O tratamento envolve terapêutica de reposição de imunoglobulinas.
  • Síndrome de hiper IgM: grupo heterogéneo de patologias de herança genética ligada ao X ou autossómica recessiva. As formas ligadas ao X são caracterizadas por células T auxiliares defeituosas que não podem ativar as células B para efetuar a recombinação de troca de classe. Como resultado, as células B produzem apenas IgM. Os pacientes apresentam neutropenia e infeções sinopulmonares recorrentes desde a infância e estão mais suscetíveis a pneumonia por Pneumocystis jiroveci e infeções por Cryptosporidium. As formas autossómicas recessivas são caracterizadas por níveis de IgM muito mais elevados, estando os indivíduos mais predispostos ao desenvolvimento de linfomas de células B e a autoimunidade. A síndrome de hiper-IgM pode ainda estar associada à síndrome da rubéola congénita e a fármacos como a fenitoína. O tratamento inclui terapêutica de reposição de imunoglobulina e antibioterapia profilática.
  • Défice de IgA: caracterizada por baixos níveis de IgA com níveis normais de IgG e IgM. O défice de IgA é a imunodeficiência primária mais comum. A maioria dos indivíduos é assintomática; contudo, existe risco de infeções recorrentes, assim como predisposição para doenças autoimunes. Os indivíduos podem estar mais propensos a reações transfusionais anafiláticas devido à presença de IgA nos produtos sanguíneos. Alguns destes casos podem evoluir para ICV. O tratamento envolve antibioterapia profilática e evicção de produtos sanguíneos que contenham IgA.IgA.

Referências

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  3. Fernandez, J. (2021). X-linked agammaglobulinemia. Merck Manual Professional Version. Retrieved June 20, 2021, from https://www.merckmanuals.com/professional/immunology-allergic-disorders/immunodeficiency-disorders/x-linked-agammaglobulinemia
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  6. Fernandez, J. (2021). Selective IgA deficiency. Merck Manual Professional Version. Retrieved June 20, 2021, from https://www.merckmanuals.com/professional/immunology-allergic-disorders/immunodeficiency-disorders/selective-iga-deficiency
  7. Kipps, T.J. (2021). Functions of B lymphocytes and plasma cells in immunoglobulin production. In: Kaushansky, K., Prchal, J.T., Burns, L.J., Lichtman, M.A., Levi, M, Linch, D.C. (Eds.), Williams Hematology, 10th ed. McGraw-Hill. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?bookid=2962&sectionid=252532543
  8. Levinson, W., Chin-Hong, P., Joyce, E.A., Nussbaum, J., Schwartz, B.(Eds.). (2020). Adaptive immunity: B cells & antibodies. In: Review of Medical Microbiology & Immunology: A Guide to Clinical Infectious Diseases, 16th ed. McGraw-Hill. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?bookid=2867&sectionid=242768384
  9. Liew, P. (2012). The Longevity of the Humoral Immune Response: Survival of Long-lived Plasma Cells. Akademeia. 2. ea0116. 
  10. Riedel, S., Hobden, J.A., Miller, S., Morse, S.A., Mietzner, T.A., Detrick, B., Mitchell, T.G., Sakanari, J.A., Hotez, P, Mejia, R. (Eds.), (2019). Immunology. In: Jawetz, Melnick, & Adelberg’s Medical Microbiology, 28th ed. McGraw-Hill. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?bookid=2629&sectionid=217769996
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