I pesci sono macrofagi. I macrofagi sono cellule immunitarie necessarie per la completa protezione del corpo dagli influssi aggressivi.

Questo articolo prenderà in considerazione il meccanismo di formazione dell'immunità, cioè le proprietà del corpo di proteggere le sue cellule da sostanze estranee (antigeni) o agenti patogeni (batteri e virus). L’immunità può essere formata in due modi. Il primo è chiamato umorale ed è caratterizzato dalla produzione di speciali proteine ​​protettive - gamma globuline, e il secondo è cellulare, che si basa sul fenomeno della fagocitosi. È causato dalla formazione in organi legati alle cellule endocrine e speciali: linfociti, monociti, basofili, macrofagi.

Cellule macrofagiche: che cos'è?

I macrofagi, insieme ad altre cellule protettive (monociti), sono le principali strutture della fagocitosi, il processo di cattura e digestione di sostanze estranee o agenti patogeni che minacciano il normale funzionamento del corpo. Quello descritto fu scoperto e studiato dal fisiologo russo I. Mechnikov nel 1883. Ha anche scoperto che l'immunità cellulare include la fagocitosi, una reazione protettiva che protegge il genoma cellulare dagli effetti dannosi di agenti estranei chiamati antigeni.

Dovresti capire la domanda: macrofagi: cosa sono queste cellule? Ricorda la loro citogenesi. Queste cellule sono derivati ​​di monociti che hanno lasciato il flusso sanguigno e hanno invaso i tessuti. Questo processo è chiamato diapedesi. Il suo risultato è la formazione di macrofagi nel parenchima del fegato, dei polmoni, dei linfonodi e della milza.

Ad esempio, i macrofagi alveolari contattano prima le sostanze estranee che sono entrate nel parenchima polmonare attraverso speciali recettori. Queste cellule immunitarie poi inglobano e digeriscono antigeni e agenti patogeni, proteggendo così gli organi respiratori dagli agenti patogeni e dalle loro tossine, oltre a distruggere le particelle di sostanze chimiche tossiche che sono entrate nei polmoni con una porzione di aria durante l'inalazione. Inoltre, è stato dimostrato che in termini di livello di attività immunitaria, i macrofagi alveolari sono simili alle cellule del sangue protettive: i monociti.

Caratteristiche della struttura e delle funzioni delle cellule immunitarie

Le cellule fagocitiche hanno una struttura citologica specifica, che determina le funzioni dei macrofagi. Sono in grado di formare pseudopodi, che servono a catturare e avvolgere particelle estranee. Nel citoplasma ci sono molti organelli digestivi: i lisosomi, che assicurano la lisi di tossine, virus o batteri. Sono presenti anche i mitocondri che sintetizzano molecole di acido adenosina trifosforico, che è la principale sostanza energetica dei macrofagi. Esiste un sistema di tubuli e tubuli - un reticolo endoplasmatico con organelli che sintetizzano proteine ​​- ribosomi. Obbligatoria la presenza di uno o più nuclei, spesso di forma irregolare. I macrofagi multinucleati sono detti simplasti. Si formano come risultato della cariocinesi intracellulare, senza separazione del citoplasma stesso.

Tipi di macrofagi

È necessario tenere conto di quanto segue, usando il termine "macrofagi", che questo non è un tipo di strutture immunitarie, ma un citosistema eterogeneo. Ad esempio si distingue tra cellule protettive fisse e libere. Il primo gruppo comprende i macrofagi alveolari, i fagociti del parenchima e le cavità degli organi interni. Le cellule immunitarie fisse sono presenti anche negli osteoblasti e nei linfonodi. Gli organi depositari ed ematopoietici - fegato, milza e - contengono anche macrofagi fissi.

Cos'è l'immunità cellulare

Gli organi emopoietici immunitari periferici, rappresentati dalle tonsille, dalla milza e dai linfonodi, formano un sistema funzionalmente unificato responsabile sia dell'ematopoiesi che dell'immunogenesi.

Il ruolo dei macrofagi nella formazione della memoria immunitaria

Dopo il contatto dell'antigene con cellule capaci di fagocitosi, queste ultime sono in grado di "ricordare" il profilo biochimico dell'agente patogeno e rispondere con la produzione di anticorpi alla sua ripenetrazione in una cellula vivente. Esistono due forme di memoria immunologica: positiva e negativa. Entrambi sono il risultato dell'attività dei linfociti che si formano nel timo, nella milza, nelle placche delle pareti intestinali e nei linfonodi. Questi includono derivati ​​​​dei linfociti - monociti e cellule - macrofagi.

La memoria immunologica positiva è, in sostanza, la base fisiologica per l’uso della vaccinazione come metodo di prevenzione delle malattie infettive. Poiché le cellule della memoria riconoscono rapidamente gli antigeni presenti nel vaccino, rispondono immediatamente con la rapida formazione di anticorpi protettivi. Il fenomeno della memoria immunitaria negativa viene preso in considerazione in trapiantologia per ridurre il livello di rigetto degli organi e dei tessuti trapiantati.

La relazione tra il sistema emopoietico e quello immunitario

Tutte le cellule utilizzate dall'organismo per proteggerlo dagli agenti patogeni e dalle sostanze tossiche si formano nel midollo osseo rosso, che è anche un organo emopoietico. o il timo, legato al sistema endocrino, svolge la funzione della struttura principale dell'immunità. Nel corpo umano, sia il midollo osseo rosso che il timo sono essenzialmente i principali organi dell'immunogenesi.

Le cellule fagocitiche distruggono gli agenti patogeni, che di solito è accompagnata da infiammazione negli organi e nei tessuti infetti. Producono una sostanza speciale: il fattore di attivazione piastrinica (PAF), che aumenta la permeabilità dei vasi sanguigni. Pertanto, un gran numero di macrofagi dal sangue raggiungono la posizione dell'agente patogeno e lo distruggono.

Dopo aver studiato i macrofagi - che tipo di cellule sono, in quali organi vengono prodotti e quali funzioni svolgono - eravamo convinti che, insieme ad altri tipi di linfociti (basofili, monociti, eosinofili), siano le principali cellule dell'immunità.

Le cellule macrofagiche includono:

cellule di Kupffer del fegato;

Tutte queste cellule hanno proprietà comuni, che consentono loro di essere combinate in un sistema fisiologico:

La formazione dei macrofagi avviene in più fasi:

cellula staminale;

monoblasto;

promonociti;

monociti del midollo osseo;

monociti del sangue periferico;

macrofago tissutale.

Le cellule del sistema macrofagico sono coinvolte nei processi immunitari del corpo, ad esempio lo sviluppo di una risposta immunitaria diretta richiede l'interazione primaria dell'antigene con il macrofago. Il macrofago trasforma l'antigene in una forma immunogenica, quindi contatta i linfociti, provocandone la stimolazione immunitaria. In generale, la risposta immunitaria avviene dopo un'interazione in più fasi dei macrofagi con i linfociti G e B.

Il sistema dei macrofagi (sistema macrophagorum) è un insieme di cellule del germe monocitico della mielopoiesi capace di fagocitosi, che è coinvolta nella formazione dell'immunità e nel mantenimento della costanza dell'ambiente interno del corpo (sinonimi - apparato reticoloendoteliale, sistema di fagociti mononucleari).

Gli organi di concentrazione delle cellule del sistema reticoloendoteliale sono il midollo osseo, la milza e i linfonodi. Questo insieme di cellule è chiamato sistema dei macrofagi perché i suoi elementi principali sono gli istiociti.

Le cellule macrofagiche includono:

• cellule reticolari ed endoteliali del fegato, milza, midollo osseo, linfonodi;
• cellule di Kupffer del fegato;
• macrofagi: istiociti di tessuto connettivo lasso;
• cellule avventizie del sangue e dei grandi vasi linfatici.

Tutte queste cellule hanno proprietà comuni, che consentono loro di essere combinate in un sistema fisiologico:

• la capacità di assorbire le sostanze sospese nel sangue;
• la capacità di fagocitosi - il processo di cattura e digestione degli agenti patogeni di malattie infettive e cellule morte;
• partecipazione all'ematopoiesi in due modi: distruzione delle cellule del sangue obsolete utilizzando i prodotti della loro distruzione; la formazione delle cellule del sangue, la cui cellula madre è una cellula reticolare (attorno al macrofago centrale si formano isole ematopoietiche, che organizza l'eritropoiesi dell'isola eritroblastica);
• partecipazione alle reazioni immunitarie attraverso la formazione di anticorpi nei derivati ​​cellulari del sistema reticoloendoteliale;
• funzione metabolica: la partecipazione dei macrofagi al metabolismo del ferro.

La formazione dei macrofagi avviene in più fasi:

• cellula staminale;
• monoblasto;
• promonociti;
• monociti del midollo osseo;
• monociti del sangue periferico;
• macrofago tissutale.

Le cellule lasciano il midollo osseo allo stadio di monociti o promonociti, per poi circolare nel sangue per 36 ore.

I macrofagi dei tessuti e le cavità sierose hanno una forma quasi sferica, una superficie piegata, nel citoplasma sono presenti un gran numero di vacuoli digestivi: lisosomi e fagolisosomi. All'interno dei lisosomi sono presenti enzimi idrolitici, grazie ai quali viene effettuata la digestione delle sostanze assorbite. I macrofagi, tra le altre cose, sono cellule secretrici e secernono lisozima, elastasi, collagenasi, fattori del complemento C2, C3, C4, C5, attivatori del plasminogeno, interferone.

Le cellule del sistema macrofagico sono coinvolte nei processi immunitari del corpo, ad esempio lo sviluppo di una risposta immunitaria diretta richiede l'interazione primaria dell'antigene con il macrofago. Il macrofago trasforma l'antigene in una forma immunogenica, quindi contatta i linfociti, provocandone la stimolazione immunitaria. In generale, la risposta immunitaria avviene dopo un'interazione in più fasi dei macrofagi con i linfociti G e B.

MACROFAGI(Greco, makros large + phagos divoratore) - cellule del tessuto connettivo con mobilità attiva, adesività e una pronunciata capacità di fagocitosi. M. furono aperti da I. I. Mechnikov; per primo stabilì il loro ruolo nelle reazioni protettive e di altro tipo del corpo e propose il termine "macrofagi", sottolineando le differenze tra queste cellule e le cellule più piccole - "microfagi" (cioè leucociti segmentati, neutrofili), che fagocitano solo piccole particelle estranee , ad esempio, i microbi . M. è stato descritto con diversi nomi: clasmatociti di Ranvier, cellule ragiocrinali, cellule avventizie, cellule erranti a riposo, cellule pirroliche, poliblasti, ameboidi, cellule metallofile, macrofagociti, istiociti. La maggior parte di questi termini sono solo di interesse storico.

M., come tutte le cellule del tessuto connettivo, sono di origine mesenchimale e nell'ontogenesi postnatale si differenziano da una cellula staminale emopoietica (vedi Ematopoiesi), passando nel midollo osseo successivamente attraverso gli stadi di monoblasto, promonocita e monocito. Questi ultimi circolano nel sangue e, spostandosi nei tessuti, si trasformano in M. M. Distinguere tra liberi (migratori) e fissati nei tessuti. M. è anche diviso in ematogeno, formato da monociti appena usciti dal sangue, e istiogenico, precedentemente presente nei tessuti. A seconda della localizzazione, ci sono M. di tessuto connettivo lasso - istiociti (vedi), fegato - reticoloendoteliociti stellati (cellule di Kupffer), polmone - M. alveolare, cavità sierose - M. peritoneale e pleurico, M. del midollo osseo e organi linfoidi, macrofagi gliali c. N. Con. (microglia). Provengono da M., a quanto pare, anche gli osteoclasti.

M., essendo l'ultimo stadio di differenziazione dei fagociti mononucleati, non si dividono per mitosi. L'eccezione forse è fatta da M. nei centri hron, un'infiammazione. Sulla base della comune origine da una cellula staminale emopoietica, la struttura e la funzione di M. e delle loro cellule precursori (monociti, ecc.), secondo la classificazione pubblicata nel Bollettino dell'OMS (1973), sono incluse nel sistema di fagociti mononucleari. Al contrario, il sistema reticoloendoteliale (vedi) riunisce cellule di diversa origine e capaci di fagocitosi: cellule reticolari, cellule endoteliali (in particolare capillari sinusoidali degli organi ematopoietici) e altri elementi.

La struttura di M. differisce nella varietà a seconda dell'attività fagocitaria, delle proprietà del materiale assorbito e così via (figura 1). A differenza dei loro predecessori, i monociti (vedi Leucociti), M. sono grandi (20-100 micron), contengono molti granuli citoplasmatici densi e mitocondri; nel citoplasma debolmente basofilo (talvolta ossifilo), sono spesso visibili resti di materiale fagocitato. Il nucleo è sferico, a fagiolo o di forma irregolare. All'osservazione al microscopio a contrasto di fase in M. viene alla luce la caratteristica membrana cellulare ondulata che fa movimenti ondulati. All'esame microscopico di M. è visibile un complesso lamellare ben sviluppato (vedi complesso di Golgi), di solito una piccola quantità di reticolo endoplasmatico granulare. Il riflesso dell'attività fagocitica sono i granuli citoplasmatici densi - lisosomi (vedi), fagosomi, corpi residui multivescicolari - i cosiddetti. figure di mielina (Fig. 2). Si osservano anche microtubuli e fasci di microfilamenti.

Funkts, il valore di M. è determinato dalla loro elevata capacità di assorbire ed elaborare particelle dense - fagocitosi (vedi) e sostanze solubili - pinocitosi (vedi).

Importanza dei macrofagi nell'immunità

M. sono una sorta di accumulatore di antigeni che entrano nel corpo (vedi), che si trovano sotto forma di determinanti (sezioni della molecola antigene che ne determinano la specificità), costituiti da almeno 5 peptidi. Gli antigeni sono sottoposti a lavorazioni speciali: interagendo con i recettori di membrana di M., gli antigeni provocano l'attivazione dei loro enzimi lisosomiali e un aumento della sintesi del DNA.

M. svolgono un ruolo molto significativo nell'induzione della formazione di anticorpi, per la quale sono necessari tutti e tre i tipi di cellule (macrofagi, linfociti T e B). L'antigene associato alle varie frazioni di M. (membrane, lisosomi) è molto più immunogenico dell'antigene nativo. Dopo l'elaborazione in M. gli antigeni arrivano ai linfociti T e B (vedi Cellule immunocompetenti ). L'antigene contenente m reagisce con le cellule T all'inizio, e solo dopo che le cellule B «sono incluse nel lavoro». L'interazione di M. con le cellule T è regolata dagli antigeni H o da un prodotto genetico associato al sistema di geni di istocompatibilità (vedi Immunità ai trapianti).

Le cellule B attivate dall'antigene producono opsonine (vedi), che migliorano il contatto di M. con il materiale antigenico; allo stesso tempo, i frammenti Fab dell'anticorpo (vedi) interagiscono con i determinanti dell'antigene e i frammenti Fc si attaccano alla superficie di M. Ciò stimola la sintesi dell'adenilciclasi e migliora la produzione di 3,5 "-AMP, che promuove la proliferazione e differenziazione dei linfociti B.

I macrofagi, i linfociti T e i linfociti B interagiscono tra loro utilizzando una varietà di fattori solubili secreti da queste cellule dopo la stimolazione antigenica. È stato suggerito che la maggior parte dei fattori solubili siano secreti dai linfociti T. Chimica. la natura di questi fattori non è stata studiata. Il trasferimento immunologico, le informazioni da M. al linfocita avviene a contatto diretto di queste cellule. Il meccanismo di questo trasferimento consiste nell'"attaccamento" di M. al linfocita, seguito dal rigonfiamento del citoplasma di M., i bordi poi si fondono con la crescita del citoplasma del linfocita. M. sintetizza un gran numero di fattori immunitari non specifici: transferrina, complemento, lisozima, interferone, pirogeni, ecc., che sono fattori antibatterici.

M. svolgono un ruolo importante nell'immunità cellulare antimicrobica e antivirale, facilitata dalla durata di vita relativamente lunga di queste cellule (da circa uno a diversi mesi), nonché nello sviluppo della risposta immunitaria dell'organismo. Svolgono la funzione più importante di liberare il corpo da antigeni estranei. La digestione di microbi o agenti non microbici, funghi patogeni, protozoi, prodotti delle loro stesse cellule e tessuti alterati viene effettuata con l'aiuto degli enzimi lisosomiali M.

Come dimostrano numerosi studi, l'idea di I. I. Mechnikov sull'importanza delle cellule fagocitiche nell'immunità (vedi) è valida non solo per i batteri, ma anche per i virus. M., in particolare gli animali immunizzati, prendono parte attiva alla distruzione dei virioni (vedi Virus), nonostante il fatto che i virus siano più resistenti all'azione degli enzimi e il processo della loro distruzione sia meno vigoroso del processo di distruzione dei batteri . M. svolgere funzione protettiva nelle varie fasi inf. processo: costituiscono una barriera nel sito della porta d'ingresso dell'infezione e nello stadio della viremia, quando i nodi del fegato, della milza e della linfa impediscono la limitazione della diffusione del virus. Con l'aiuto di M., il processo di rimozione del virus dal corpo, più precisamente, il complesso antigene-anticorpo, viene accelerato (vedi Reazione antigene-anticorpo). M. ottenuto da animali non immunizzati e immunizzati fagocita attivamente virus influenzali, vaccinia, mixoma, ectromelia. Dal M. immune è stato possibile isolare il virus dell'influenza solo entro poche ore, mentre dal M. non immune è stato isolato entro pochi giorni.

Il blocco nell'esperimento M. con siero antimacrofago, silicio, carragenina (poligalattosio ad alto peso molecolare) porta all'aggravamento del decorso di una serie di infezioni batteriche e virali. Tuttavia, in alcune malattie virali, M. non solo non è stato in grado di prevenire l'infezione, ma, inoltre, ha supportato la riproduzione dei virus (ad esempio, i virus della coriomeningite linfocitaria), che sono rimasti a lungo nel corpo, contribuendo allo sviluppo di malattie autoimmuni malattie.

Sono stati condotti studi che hanno dimostrato la partecipazione di M. all'effetto citotossico dei linfociti sensibilizzati sulle cellule bersaglio. L'esperimento ha dimostrato che la rimozione di M. dalla popolazione di linfociti immunitari ha causato un significativo indebolimento dell'effetto citotossico dei leucociti sulle cellule di alcuni tumori e che la prognosi della malattia è tanto più favorevole quanto più M. attivo è contenuto nei linfonodi regionali del tumore. Lo studio delle reazioni del sistema immunitario del ricevente durante il trapianto di organi e tessuti ha dimostrato che i M. sono coinvolti nel rigetto del trapianto e nell'eliminazione delle cellule estranee dall'organismo (vedi Trapianto).

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H. G. Kruscev; M. S. Berdinsky (immunolo.).

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Il ruolo principale nello sviluppo e nel mantenimento dell'infiammazione cronica appartiene al sistema dei macrofagi fagocitici (questo concetto ha sostituito il termine "sistema reticoloendoteliale" precedentemente ampiamente utilizzato, ma sostanzialmente non sufficientemente comprovato). La cellula principale di questo sistema è un macrofago sviluppato da un monocito del sangue. I monociti provenienti dalle cellule staminali del midollo osseo entrano prima nel sangue periferico e da esso nei tessuti, dove, sotto l'influenza di vari stimoli locali, si trasformano in macrofagi.

Questi ultimi sono estremamente importanti nell'attuazione delle reazioni adattative del corpo: immunitarie, infiammatorie e riparative. La partecipazione a tali reazioni è facilitata da proprietà biologiche dei macrofagi come la capacità di migrare verso focolai infiammatori, la possibilità di un aumento rapido e persistente della produzione di cellule del midollo osseo, la fagocitosi attiva di materiale estraneo con rapida scissione di quest'ultimo, l'attivazione sotto influenza di stimoli estranei, secrezione di una serie di sostanze biologicamente attive, capacità di "elaborare" l'antigene entrato nel corpo, seguita dall'induzione del processo immunitario.

È anche di fondamentale importanza che i macrofagi siano cellule longeve in grado di funzionare a lungo termine nei tessuti infiammati. È fondamentale che riescano a proliferare nei focolai di infiammazione; allo stesso tempo è possibile la trasformazione dei macrofagi in cellule epitelioidi e multinucleate giganti.

Privo di specificità immunologica (come i linfociti T e B), il macrofago agisce come una cellula ausiliaria non specifica con la capacità unica non solo di catturare l'antigene, ma anche di elaborarlo in modo che il successivo riconoscimento di questo antigene da parte dei linfociti sia notevolmente agevolato. Questa fase è particolarmente necessaria per l'attivazione dei linfociti T (per lo sviluppo di risposte immunitarie di tipo ritardato e per la produzione di anticorpi contro gli antigeni timo-dipendenti).

Oltre a partecipare alle reazioni immunitarie dovute al pretrattamento dell’antigene e alla sua successiva “presentazione” ai linfociti, i macrofagi svolgono anche funzioni protettive in modo più diretto, distruggendo alcuni microrganismi, funghi e cellule tumorali.

Pertanto, nelle malattie reumatiche, le reazioni cellulari dell'infiammazione immunitaria coinvolgono non solo linfociti specificamente immunizzati, ma anche monociti e macrofagi che non hanno specificità immunologica.

Queste cellule sono attratte dalle sostanze chemiotattiche monocitiche prodotte nei focolai dell'infiammazione. Questi includono C5a, proteine ​​​​parzialmente denaturate, callicreina, attivatore del plasminogeno, proteine ​​basiche dei lisosomi dei neutrofili, i linfociti T producono un fattore simile a contatto con il suo antigene specifico, i linfociti B, con complessi immunitari.

Inoltre, i linfociti producono anche fattori che inibiscono la migrazione dei macrofagi (cioè li fissano nel fuoco dell’infiammazione) e ne attivano la funzione. Nei focolai infiammatori, contrariamente alle condizioni normali, si osservano le mitosi dei macrofagi e quindi anche il numero di queste cellule aumenta a causa della proliferazione locale.

L'importanza dei macrofagi nel mantenimento del processo infiammatorio è determinata dagli agenti antinfiammatori rilasciati da queste cellule discussi di seguito.

1. Prostaglandine.

2. Enzimi lisosomiali (in particolare, durante la fagocitosi dei complessi antigene-anticorpo e la cellula non viene distrutta durante il loro isolamento).

3. Proteasi neutre (attivatore del plasminogeno, collagenasi, elastasi). Normalmente il loro numero è trascurabile, ma con la stimolazione estranea (durante la fagocitosi) viene indotta la produzione di questi enzimi e vengono rilasciati in quantità significative. La produzione di proteasi neutre è inibita dagli inibitori della sintesi proteica, inclusi i glucocorticosteroidi. La produzione dell'attivatore del plasminogeno e della collagenasi è stimolata anche da fattori secreti dai linfociti attivati.

4. Fosfolipasi Az, che libera dai complessi più complessi l'acido arachidonico, principale precursore delle prostaglandine. L'attività di questo enzima è inibita dai glucocorticosteroidi.

5. Fattore che stimola il rilascio dalle ossa sia dei sali minerali che delle basi organiche della matrice ossea. Questo fattore esplica il suo effetto sul tessuto osseo attraverso un'azione diretta, senza richiedere la presenza di osteoclasti.

6. Una serie di componenti del complemento che vengono attivamente sintetizzati e rilasciati dai macrofagi: C3, C4, C2 e, apparentemente, anche C1 e il fattore B, necessario per una via alternativa di attivazione del complemento. La sintesi di questi componenti aumenta con l'attivazione dei macrofagi ed è inibita dagli inibitori della sintesi proteica.

7. Interleuchina-1, che è un tipico rappresentante delle citochine - sostanze biologicamente attive di natura polipeptidica, prodotte dalle cellule (principalmente cellule del sistema immunitario). A seconda delle fonti di produzione di queste sostanze (linfociti o monociti), vengono spesso utilizzati i termini "linfochine" e "monochine". Il nome "interleuchina" con il numero corrispondente viene utilizzato per riferirsi a citochine specifiche, in particolare quelle che mediano l'interazione cellulare. Non è ancora chiaro se l'interleuchina-1, che è la monochina più importante, rappresenti un'unica sostanza o una famiglia di polipeptidi con proprietà molto simili.

Queste proprietà includono quanto segue:

• stimolazione delle cellule B, accelerando la loro trasformazione in plasmacellule;
• stimolazione dell'attività dei fibroblasti e dei sinoviociti con la loro aumentata produzione di prostaglandine e collagenasi;
• influenza pirogena, che si realizza nello sviluppo della febbre;
• attivazione della sintesi nel fegato delle proteine ​​della fase acuta, in particolare del precursore sierico dell'amiloide (questo effetto può essere indiretto a causa della stimolazione della produzione di interleuchina-6).

Tra gli effetti sistemici dell'interleuchina-1, oltre alla febbre, si possono notare anche la neutrofilia e la proteolisi del muscolo scheletrico.

8. L'interleuchina-6, che attiva anche le cellule B, stimola gli epatociti a produrre proteine ​​della fase acuta e ha le proprietà dell'interferone b.

9. Fattori stimolanti le colonie che promuovono la formazione di granulociti e monociti nel midollo osseo.

10. Fattore di necrosi tumorale (TNF), che non solo è realmente in grado di causare necrosi tumorale, ma svolge anche un ruolo significativo nello sviluppo dell'infiammazione. Questo polipeptide, costituito da 157 aminoacidi, favorisce l'adesione dei neutrofili all'endotelio nella fase iniziale della reazione infiammatoria e quindi ne favorisce la penetrazione nel sito dell'infiammazione. Serve anche come potente segnale per la produzione di radicali tossici dell'ossigeno ed è uno stimolatore delle cellule B, dei fibroblasti e dell'endotelio (gli ultimi due tipi di cellule producono fattori stimolanti le colonie).

È clinicamente importante che il TNF, così come l'interleuchina-1 e l'interferone, inibiscano l'attività della lipoproteina lipasi, che garantisce la deposizione di grasso nel corpo. Ecco perché nelle malattie infiammatorie si nota spesso una pronunciata perdita di peso, che non corrisponde a un'alimentazione ipercalorica e alla preservazione dell'appetito. Quindi il secondo nome del TNF è cachectina.

L'attivazione dei macrofagi, che si manifesta con un aumento delle loro dimensioni, un alto contenuto di enzimi, un aumento della capacità di fagocitosi e la distruzione di microbi e cellule tumorali, può anche essere non specifica: a causa della stimolazione da parte di altri (non legati al processo patologico esistente) microrganismi, olio minerale, linfochine prodotte dai linfociti T, in misura minore - linfociti B.

I macrofagi sono attivamente coinvolti nel riassorbimento delle ossa e della cartilagine. L'esame al microscopio elettronico ha rivelato macrofagi strettamente associati a particelle di fibre di collagene digerite al confine del panno e della cartilagine articolare. Lo stesso fenomeno è stato notato nel contatto dei macrofagi con l'osso riassorbito.

Pertanto, i macrofagi svolgono un ruolo importante nello sviluppo del processo infiammatorio, nel suo mantenimento e nella cronicità, e già a priori possono essere considerati come uno dei principali "bersagli" della terapia antireumatica.

Autori

Sarbaeva N.N., Ponomareva Yu.V., Milyakova M.N.

Secondo il paradigma "M1/M2", si distinguono due sottotipi di macrofagi attivati: classicamente attivati ​​(M1) e alternativamente attivati ​​(M2), che esprimono vari recettori, citochine, chemochine, fattori di crescita e molecole effettrici. Tuttavia, dati recenti indicano che, in risposta ai cambiamenti nei segnali microambientali, i macrofagi possono esibire proprietà uniche che non consentono loro di essere assegnati a nessuno di questi sottotipi.

I macrofagi svolgono un ruolo importante nella reazione del corpo al materiale impiantato: cateteri, stent, endoprotesi, impianti dentali. I macrofagi fagocitano le particelle di usura della superficie delle protesi articolari, avviano l'infiammazione nell'area delle protesi e dell'osteolisi e controllano la formazione di una capsula fibrosa attorno ai corpi estranei. Viene presentata una breve rassegna dei fattori che causano la migrazione, l'adesione e l'attivazione dei macrofagi, nonché un'analisi delle loro caratteristiche funzionali su varie superfici, inclusi materiali biodegradabili e non degradabili in vivo e in vitro.

introduzione

La medicina moderna è attualmente impossibile da immaginare senza l'uso di prodotti impiantabili installati nel corpo per vari periodi al fine di ripristinare l'anatomia e la funzione degli organi e dei tessuti persi o colpiti dal processo patologico. La biocompatibilità dei materiali sintetici o dei costrutti di ingegneria tessutale è il problema principale che influenza i risultati di tali impianti. La reazione al materiale protesico si sviluppa nella seguente sequenza: alterazione dei tessuti, infiltrazione di cellule di infiammazione acuta, poi cronica con formazione di tessuto di granulazione e di una capsula fibrosa. La gravità di queste reazioni determina la biocompatibilità del prodotto impiantato. I macrofagi svolgono un ruolo importante nella reazione del corpo al materiale installato: cateteri, stent, endoprotesi, impianti dentali, ecc.

Morfologia dei macrofagi

I macrofagi sono una popolazione cellulare eterogenea. Il macrofago ha una forma irregolare, stellata, a più punte, pieghe e microvilli sulla superficie cellulare, abbondanza di microvescicole endocitiche, lisosomi primari e secondari. Il nucleo arrotondato o ellittico è situato centralmente, l'eterocromatina è localizzata sotto la membrana nucleare. Le caratteristiche strutturali di una cellula dipendono in gran parte dall'appartenenza all'organo e al tessuto, nonché dal suo stato funzionale. Pertanto, le cellule di Kupffer sono caratterizzate da un glicocalice, i macrofagi alveolari contengono corpi lamellari (tensioattivi), un complesso di Golgi ben sviluppato, un reticolo endoplasmatico ruvido e molti mitocondri, mentre i mitocondri sono pochi nelle cellule microgliali. Nel citoplasma dei macrofagi peritoneali e alveolari è presente un gran numero di corpi lipidici contenenti substrati ed enzimi per la generazione di prostaglandine. I macrofagi aderenti e in movimento formano strutture di breve durata contenenti actina - podosomi - sotto forma di una parte centrale densa con microfilamenti che si estendono radialmente da essi. I podosomi possono fondersi per formare strutture di ordine superiore, rosette, che degradano efficacemente le proteine ​​della matrice extracellulare sottostante.

Funzioni dei macrofagi

I macrofagi fagocitano materiale estraneo e detriti di tessuto cellulare, stimolano e regolano la risposta immunitaria, inducono una risposta infiammatoria, partecipano ai processi riparativi e allo scambio di componenti della matrice extracellulare. La varietà delle funzioni svolte spiega l'espressione da parte di queste cellule di un gran numero di recettori associati alla membrana plasmatica, intracellulari e secreti. I recettori dell'immunità innata PRR (recettori di riconoscimento del modello, recettori di riconoscimento del modello) sono attivati ​​da un'ampia gamma di ligandi (ad eccezione di CD163), fornendo il riconoscimento di strutture altamente conservate della maggior parte dei microrganismi, i cosiddetti PAMP (patogeno-associati modelli molecolari, immagini associate ai patogeni) e simili con loro strutture molecolari endogene DAMP (modelli molecolari associati al danno), formatisi a seguito del danno e della morte delle cellule, della modifica e della denaturazione delle strutture proteiche della matrice extracellulare. La maggior parte di essi media l'endocitosi e l'eliminazione di agenti endogeni ed esogeni potenzialmente pericolosi, tuttavia, allo stesso tempo, molti di essi svolgono funzioni di segnalazione, regolando la sintesi di mediatori proinfiammatori, promuovendo l'adesione e la migrazione dei macrofagi (Tabella).

Sulla membrana plasmatica dei monociti/macrofagi sono espressi anche recettori specializzati che legano uno o più ligandi strutturalmente simili: il frammento Fc dell'immunoglobulina G, fattori di crescita, corticosteroidi, chemochine e citochine, anafilotossine e molecole costimolatorie. Le funzioni di molti di questi recettori sono mediate non solo dal legame del ligando, ma anche dall'interazione con altri recettori (C5aR-TLR, MARCO-TLR, FcγR-TLR), che fornisce una regolazione fine della sintesi di recettori pro- e anti-infiammatori mediatori. Una caratteristica del sistema recettoriale dei macrofagi è la presenza di recettori trappola per citochine e chemochine proinfiammatorie (Il-1R2 sui macrofagi M2a; CCR2 e CCR5 sui macrofagi M2c), la cui attivazione blocca la trasmissione intracellulare dei corrispondenti recettori proinfiammatori segnale. L'espressione dei recettori cellulari è specie-specifica, organo e tessuto e dipende dallo stato funzionale dei macrofagi. I recettori delle cellule macrofagiche studiati in dettaglio sono mostrati nella tabella.

Migrazione di monociti/macrofagi

I macrofagi tissutali derivano prevalentemente dai monociti del sangue, che migrano nei tessuti e si differenziano in popolazioni distinte. La migrazione dei macrofagi è diretta dalle chemochine: CCL2 CCL3, CCL4, CCL5, CCL7, CCL8, CCL13, CCL15, CCL19, CXCL10, CXCL12; fattori di crescita VEGF, PDGF, TGF-b; frammenti del sistema del complemento; istamina; proteine ​​dei granuli dei leucociti polimorfonucleati (PMNL); Fosfolipidi e loro derivati.

Nelle fasi iniziali della risposta infiammatoria, le PMNL organizzano e modificano una rete di chemochine secernendo CCL3, CCL4 e CCL19 e rilasciando granuli preformati di azurosidina, proteina LL37, catepsina G, defensine (НNP 1-3) e proteinasi 3, che assicurano l'adesione dei monociti all'endotelio, mostrando così la maggior parte delle proprietà chemiotattiche. Inoltre, le proteine ​​granulari PMNL inducono anche la secrezione di chemochine da parte di altre cellule: l'azurocidina stimola la produzione di CCL3 da parte dei macrofagi, mentre la proteinasi-3 e l'HNP-1 inducono la sintesi di CCL2 da parte dell'endotelio. Le proteinasi PMNL sono in grado di attivare molte chemochine proteiche e i loro recettori. Pertanto, la proteolisi di CCL15 da parte della catepsina G migliora notevolmente le sue proprietà attrattive. I neutrofili apoptotici attraggono i monociti attraverso segnali che si ritiene siano mediati dalla lisofosfatidilcolina.

Qualsiasi danno tissutale porta all'accumulo di macrofagi. Nell'area del danno vascolare, il coagulo di sangue e le piastrine secernono TGF-β, PDGF, CXCL4, leucotriene B4 e IL-1, che hanno proprietà chemioattraenti pronunciate contro monociti/macrofagi. I tessuti danneggiati sono una fonte delle cosiddette allarmine, che comprendono componenti della matrice extracellulare distrutta, proteine ​​da shock termico, anfoterina, ATP, acido urico, IL-1a, IL-33, DNA mitocondriale di detriti cellulari, ecc. Stimolano il cellule vitali rimanenti dei tessuti danneggiati e dell'endotelio dei vasi sanguigni alla sintesi di chemochine, alcune delle quali sono fattori diretti della chemiotassi. L'infezione dei tessuti porta alla comparsa delle cosiddette molecole associate ai patogeni: lipopolisaccaridi, carboidrati della parete cellulare e acidi nucleici batterici. Il loro legame con i recettori di membrana e intracellulari dei macrofagi innesca il processo di espressione dei geni delle chemochine che forniscono un ulteriore reclutamento di fagociti.

Attivazione dei macrofagi

I macrofagi vengono attivati ​​da una varietà di molecole di segnalazione che li inducono a differenziarsi in vari tipi funzionali (Fig. 1). I macrofagi classicamente attivati ​​(fenotipo M1) sono stimolati dall'IFNg, così come dall'IFNg insieme a LPS e TNF. Le loro funzioni principali sono la distruzione dei microrganismi patogeni e l'induzione di una risposta infiammatoria. La polarizzazione nella direzione M1 è accompagnata dalla secrezione di mediatori proinfiammatori. Esprimono recettori per IL-1, IL-1R1, TLR e molecole costimolatorie, la cui attivazione fornisce l'amplificazione della risposta infiammatoria. Insieme alle citochine proinfiammatorie, i macrofagi secernono anche una citochina antinfiammatoria, IL-10, con un caratteristico rapporto elevato di IL-12/IL-10. Le proprietà battericide dei macrofagi M1 sono determinate dalla produzione di radicali liberi di azoto e ossigeno generati da iNOS e dal complesso NADPH ossidasi. Essendo cellule effettrici nella risposta dell'organismo a un'infezione batterica, allo stesso tempo sopprimono la risposta immunitaria adattativa inibendo la proliferazione delle cellule T stimolate. IL-12 secreto dai macrofagi M1 svolge un ruolo chiave nella polarizzazione Th1, mentre IL-1b e IL-23 dirigono la risposta immunitaria lungo la via Th17. . Studi recenti hanno dimostrato che i macrofagi M1, oltre ad avere proprietà proinfiammatorie, presentano proprietà riparative: secernono VEGF, che stimola l'angiogenesi e la formazione di tessuto di granulazione.

L'attivazione alternativa dei macrofagi (fenotipo M2) si osserva dopo stimolazione con interleuchine, glucocorticoidi, complessi immunitari, agonisti TLR, ecc. Migrano verso aree di invasione elmintica, si accumulano nei luoghi della fibrosi, nella guarigione delle ferite cutanee e delle formazioni neoplastiche. I macrofagi M2 sono capaci di proliferazione attiva in situ. Rispetto ai macrofagi M1 mostrano una maggiore capacità di fagocitosi ed esprimono un maggior numero di recettori ad essa associati: CD36, il recettore scavenger delle cellule apoptotiche; CD206, recettore del mannosio; CD301, recettore per i residui di galattosio e N-acetilglucosamina; CD163 è un recettore per il complesso emoglobina-aptoglobina. I macrofagi di questo tipo sono caratterizzati da un basso rapporto IL-12/IL-10.

I macrofagi attivati ​​alternativi sono suddivisi in sottotipi: M2a, M2b e M2c. Un esempio del fenotipo M2a dei macrofagi sono le cellule che si accumulano attorno alle larve di elminti e protozoi, i cui allergeni inducono una risposta immunitaria Th2, accompagnata dalla produzione di IL-4 e IL-13. Non secernono quantità significative di citochine proinfiammatorie e sintetizzano uno spettro specifico di chemochine e recettori di membrana. Si ritiene che siano caratterizzati dalla sintesi di IL-10, tuttavia, in vitro, i macrofagi non sempre producono questa citochina e possono mostrare un'elevata attività trascrizionale dei geni IL-12 e IL-6. Una caratteristica importante di questa popolazione è la sintesi di un antagonista del recettore dell'IL-1 (IL-1ra), che, legandosi all'IL-1, ne blocca l'azione proinfiammatoria.

I macrofagi M2a sopprimono la risposta infiammatoria bloccando la formazione della popolazione M1 attraverso le citochine dei linfociti Tx2 da loro reclutati, oppure a causa della chemochina CCL17 prodotta che, insieme all'IL-10, inibisce la differenziazione dei macrofagi in direzione M1 . Le cellule M2a del fenotipo sono considerate tipici macrofagi riparativi. La chemochina CCL2 da loro sintetizzata è un chemoattrattivo dei precursori dei miofibroblasti - fibrociti, secernono fattori che forniscono il rimodellamento del tessuto connettivo.

La polarizzazione verso M2b si ottiene stimolando il recettore Fcg insieme agli agonisti TLR e ai ligandi del recettore IL-1. Funzionalmente sono vicini ai macrofagi M1, producono mediatori proinfiammatori e monossido nitrico (NO), ma allo stesso tempo sono caratterizzati da un alto livello di sintesi di IL-10 e da una ridotta produzione di IL-12. I macrofagi M2b migliorano la produzione di anticorpi. La chemochina CCL1 da loro sintetizzata contribuisce alla polarizzazione dei linfociti nella direzione Tx2. I macrofagi M2 hanno proprietà soppressive: inibiscono l'attivazione e la proliferazione dei linfociti CD4 + causata dalla stimolazione antigenica e contribuiscono all'eliminazione delle cellule T attivate. In vitro, il sottotipo M2c si ottiene stimolando i fagociti mononucleati con glucocorticoidi, IL-10, TGF-β, prostaglandina E2, ecc. Non hanno attività battericida, producono una piccola quantità di citochine, secernono fattori di crescita e alcune chemochine. I macrofagi M2c esprimono recettori per la fagocitosi e molte chemochine proinfiammatorie, che, presumibilmente, non servono ad eccitare i segnali corrispondenti, ma sono trappole per i mediatori proinfiammatori, bloccandone le funzioni.

La natura dell'attivazione dei macrofagi non è rigidamente determinata e stabile. È stata mostrata la possibilità di trasformazione del fenotipo M1 in M2 con un cambiamento nello spettro delle citochine stimolanti e dovuto all'efferocitosi. Dopo l'assorbimento delle cellule apoptotiche, i macrofagi riducono drasticamente la sintesi e la secrezione dei mediatori infiammatori CCL2, CCL3, CXCL1, CXCL 2, TNF-a, MG-CSF, IL-1b, IL-8 e aumentano notevolmente la produzione di TGF-b . Nello sviluppo dell'obesità si presuppone la trasformazione inversa del fenotipo M2 in M1.

Molti autori mettono in dubbio l'esistenza nell'organismo di due popolazioni chiaramente distinguibili di macrofagi M1 e M2. La combinazione di segni di attivazione classica e alternativa è tipica dei macrofagi delle ferite della pelle umana. Pertanto, insieme alle citochine TNF-a e IL-12 tipiche dei macrofagi M1, dimostrano la sintesi dei marcatori dei macrofagi M2: recettori IL-10, CD206, CD163, CD36 e IL-4. Un tipo di macrofago diverso da M1/M2 con una pronunciata attività fibrinolitica è stato trovato nel fegato di topi in un modello di fibrosi reversibile e nel tessuto epatico umano con cirrosi. Esprimono i geni dell'arginasi 1, dei recettori del mannosio e dell'IGF, secernono MMP-9, MMP-12, mostrano una pronunciata capacità di proliferazione e fagocitosi, ma non sintetizzano IL-10, IL-1ra, TGF-b. Una popolazione speciale di macrofagi si forma nella milza del topo quando viene infettata dai micobatteri. Inibiscono la proliferazione dei linfociti T e la loro secrezione di citochine Th1 e Th2, stimolando la polarizzazione in Th17. direzione. I macrofagi soppressivi hanno un fenotipo unico: esprimono geni attivi nei macrofagi M1 - IL-12, IL-1b, IL-6, TNF-a, iNOS e allo stesso tempo geni per CD163, IL-10, recettori del mannosio e altri marcatori dei macrofagi M2.

Questi studi mostrano chiaramente che le popolazioni di macrofagi presenti in natura sono significativamente diverse dalle popolazioni M1 e M2 in vitro. Percependo molti segnali di attivazione, il macrofago risponde "su richiesta", secernendo adeguatamente mediatori al cambiamento dell'ambiente, quindi, in ogni caso specifico, si forma il proprio fenotipo, a volte, forse, anche unico.

Risposta dei macrofagi al materiale estraneo

Il contatto dei macrofagi con materiale estraneo, sia sotto forma di piccole particelle che di grandi superfici, porta alla loro attivazione. Uno dei gravi problemi in traumatologia e ortopedia associati alla reazione a un corpo estraneo è lo sviluppo dell'instabilità articolare dopo l'artroplastica, che, secondo alcuni dati, viene rilevata nel 25-60% dei pazienti nei primi anni dopo l'intervento e non tende a diminuire.

La superficie delle protesi ortopediche si usura con la formazione di particelle che si infiltrano nei tessuti molli. Le proprietà chimiche del materiale determinano la possibilità di opsonizzazione delle particelle da parte delle proteine ​​del plasma sanguigno e il tipo di recettori superficiali che avviano la fagocitosi. Pertanto, il polietilene che attiva il complemento subisce opsonizzazione e viene “riconosciuto” dal recettore del complemento CR3, mentre le particelle di titanio vengono assorbite dalla cellula attraverso il recettore MARCO, indipendente dall'opsonina. La fagocitosi da parte dei macrofagi di particelle metalliche, polimeri sintetici, ceramiche, idrossiapatite innesca la sintesi di mediatori proinfiammatori e l'induttore dell'osteoclastogenesi RANKL. CCL3 secreto dai macrofagi provoca la migrazione degli osteoclasti, mentre IL-1b, TNF-a, CCL5 e PGE2 ne stimolano la differenziazione e l'attivazione. Gli osteoclasti riassorbono l'osso nell'area delle protesi, ma la nuova formazione di tessuto osseo viene soppressa, poiché il materiale corpuscolare inibisce la sintesi del collagene, inibisce la proliferazione e la differenziazione degli osteoblasti e ne induce l'apoptosi. Si ritiene che la risposta infiammatoria indotta dalle particelle di usura sia la causa principale dell’osteolisi.

Il contatto dei tessuti con materiale che non può essere fagocitato avvia una cascata di eventi noti come reazione del corpo a un corpo estraneo o reazione tissutale. Consiste nell'adsorbimento delle proteine ​​plasmatiche, nello sviluppo di una risposta infiammatoria, inizialmente acuta, poi cronica, nella proliferazione di miofibroblasti e fibroblasti, e nella formazione di una capsula fibrosa che delimita un corpo estraneo dai tessuti circostanti. Le principali cellule dell'infiammazione persistente all'interfaccia materiale/tessuto sono i macrofagi e la sua gravità determina il grado di fibrosi nella zona di contatto. L'interesse per lo studio della risposta dei tessuti è associato principalmente all'uso diffuso di materiali sintetici in vari campi della medicina.

L'adsorbimento delle proteine ​​del plasma sanguigno è il primo stadio nell'interazione dei materiali impiantabili con i tessuti corporei. La composizione chimica, l'energia libera, la polarità dei gruppi funzionali superficiali, il grado di idrofilia superficiale determinano la quantità, la composizione e i cambiamenti conformazionali nelle proteine ​​legate, che costituiscono la matrice per la successiva adesione cellulare, compresi i macrofagi. I più significativi a questo riguardo sono il fibrinogeno, le IgG, le proteine ​​del sistema del complemento, la vitronectina, la fibronectina e l'albumina.

Uno strato di fibrinogeno si forma rapidamente su quasi tutti i materiali estranei. Sulle superfici idrofobiche, il fibrinogeno forma un monostrato di proteine ​​strettamente legate, parzialmente denaturate, i cui epitopi sono aperti all’interazione con i recettori cellulari. Sui materiali idrofili, il fibrinogeno si deposita più spesso sotto forma di un rivestimento multistrato sciolto e gli strati esterni sono denaturati debolmente o praticamente non denaturati, lasciando i siti di legame inaccessibili ai recettori delle cellule macrofagiche e piastriniche.

Molti polimeri sintetici sono in grado di assorbire componenti del sistema del complemento e di attivarlo con la formazione di un complesso C3-convertasi. I frammenti C3a, C5a da esso generati sono chemioattraenti e attivatori dei fagociti, iC3b agisce come un ligando del recettore di adesione cellulare. La cascata di attivazione può essere innescata sia attraverso la via classica (mediata dalle molecole JgG adsorbite) che attraverso la via alternativa. Quest'ultimo viene avviato dal legame del componente C3 a superfici recanti gruppi funzionali, ad esempio OH-, provocandone l'idrolisi. La via alternativa può anche essere attivata dopo la via classica o insieme ad essa grazie al lavoro della convertasi C3 della via classica, che genera frammenti C3b fissati sulle superfici, il fattore di innesco del ciclo di amplificazione. Tuttavia, l'assorbimento e anche l'inizio dell'idrolisi di C3 non portano sempre alla comparsa di un segnale di amplificazione. Ad esempio, C3 è fortemente assorbito dal polivinilpirrolidone, ma la sua proteolisi su questa superficie è debolmente espressa. Attiva debolmente il complemento delle superfici fluorurate, del silicone e del polistirolo. Per le reazioni cellulari su superfici estranee è importante non solo l'attivazione del sistema del complemento, ma anche il legame di altre proteine ​​mediato dai suoi frammenti.

Il ruolo dell'albumina risiede nella sua capacità di legare le proteine ​​del sistema del complemento. Non promuove l'adesione dei macrofagi e, a differenza del fibrinogeno, non induce la sintesi del TNF-a. La fibronectina e la vitronectina, proteine ​​ricche di sequenze RGD (regioni degli aminoacidi ARG-GLY-ASP), si trovano solitamente sui materiali impiantati.

Per quanto riguarda la vitronectina, non è noto se essa sia adsorbita direttamente sulla superficie del materiale o faccia parte del complesso del complemento inattivato che attacca la membrana fissato su di essa. Il suo significato per lo sviluppo di una reazione tissutale risiede nel fatto che fornisce l'adesione più forte e più lunga dei macrofagi. L'interazione dei macrofagi con il substrato è fornita dai recettori cellulari per le proteine ​​integrine (avβ3, a5β1, CR3) ricche di sequenze RGD (Tabella). Il blocco dell'adesione dei macrofagi con mimetici RGD solubili o la rimozione del recettore CR3 dalla loro superficie riduce l'intensità della reazione tissutale, riducendo lo spessore della capsula fibrosa emergente.

I macrofagi attaccati si fondono per formare cellule multinucleate (cellule giganti di corpi estranei - HCIT). Gli induttori di questo processo sono IFNg, IL-1, IL-2, IL-3, IL-4, IL-13 e GM-CSF, che stimolano l'espressione dei recettori del mannosio, che svolgono un ruolo importante nella fusione cellulare. L'HCIT funziona come macrofagi: sono capaci di fagocitosi, generazione di radicali di ossigeno e azoto, sintesi di citochine e fattori di crescita. La natura dell'attività sintetica di queste cellule dipende, a quanto pare, dalla loro "età": nelle prime fasi dello sviluppo di una reazione tissutale, si esprimono IL-1a, TNF-a, e successivamente si passa all'anti- mediatori infiammatori e profibrogenici - IL-4, IL-10, IL-13, TGF-β.

La reazione dei macrofagi ai materiali estranei viene studiata in varie condizioni in vitro e in vivo. Gli esperimenti in vitro tengono conto dell'intensità della loro adesione sulla superficie studiata e della formazione di SCIT, del numero di geni di "accensione", del numero di enzimi sintetizzati e secreti, citochine e chemochine. Nelle monocolture di fagociti mononucleari adesi a superfici diverse, non si verifica la polarizzazione nelle direzioni M1 e M2, ma si formano macrofagi di tipo misto che secernono mediatori pro- e antinfiammatori con uno spostamento verso questi ultimi durante la coltivazione a lungo termine. L'assenza di un "gold standard" - un materiale di controllo stabile che si è dimostrato efficace quando impiantato in un organismo vivente, con il quale sarebbe possibile confrontare i materiali testati, così come l'uso di linee cellulari di macrofagi non standardizzate, diversi metodi di differenziazione rendono difficile confrontare i risultati delle opere di diversi autori. Tuttavia, gli studi in vitro consentono di giudicare la citotossicità dei materiali, di determinare la reazione dei macrofagi alla loro modificazione chimica. Informazioni preziose sono state ottenute studiando l'attivazione dei macrofagi sulla superficie di vari collageni, nativi e modificati chimicamente. I collageni nativi inducono la sintesi in vitro di molecole segnale da parte dei macrofagi, sia stimolando la risposta infiammatoria (TNF-a, IL-6, IL-8, IL-1β, IL-12, CCL2) sia sopprimendola (IL-1ra, IL- 10), nonché metalloproteasi della matrice e loro inibitori. . Le proprietà proinfiammatorie di tali materiali dipendono dal metodo di decellularizzazione e sterilizzazione della materia prima, che ne modifica ampiamente le caratteristiche. Le endoprotesi di collagene ottenute con tecnologie diverse dal collagene nativo in termini di capacità di indurre l'espressione di citochine proinfiammatorie variano da praticamente inerti a altamente attive. Il collagene lampeggiante con varie sostanze chimiche modifica la natura della reazione dei macrofagi. Il trattamento con glutaraldeide porta a citotossicità, che si manifesta con danni alla membrana citoplasmatica, compromissione dell'adesione e ridotta vitalità dei macrofagi. Allo stesso tempo, la loro produzione di IL-6, TNF-a aumenta e la sintesi di IL-1ra viene soppressa rispetto ai macrofagi aderiti al collagene nativo e reticolato con carbodiimmide. Il trattamento con carbodiimmide conferisce proprietà ottimali al collagene, che non presenta citotossicità, non provoca un aumento significativo della secrezione di citochine proinfiammatorie e metalloproteasi e non sopprime la sintesi di IL-10 e IL-1ra rispetto al nativo .

Per ridurre la reazione tissutale, nei materiali collagenici vengono introdotti componenti della matrice intercellulare, nativa o modificata. J. Kajahn et al. (2012) hanno creato un'imitazione in vitro del microambiente proinfiammatorio delle endoprotesi, che ha contribuito alla differenziazione dei monociti nella direzione M1. Nelle stesse condizioni, l’acido ialuronico ulteriormente solfatato introdotto nel substrato di collagene ha ridotto la secrezione di citochine proinfiammatorie da parte dei macrofagi e ha aumentato la produzione di IL-10. Secondo gli autori, ciò indica la polarizzazione M2 dei macrofagi, che contribuiscono alla rigenerazione e al ripristino delle proprietà funzionali dei tessuti circostanti. La reazione dei macrofagi ai materiali lentamente degradabili e stabili in vitro è generalmente omogenea e simile alla reazione ai biomateriali, sebbene sia ancora evidente una certa specificità della risposta. Titanio, poliuretano, polimetilmetacrilato, politetrafluoroetilene sono deboli induttori di mediatori infiammatori, sebbene il titanio contribuisca ad una maggiore secrezione di TNF-a e IL-10 rispetto al poliuretano, e una caratteristica del polipropilene è quella di stimolare la produzione della chemochina profibrogenica CCL18. Il PEG, proposto come substrato per il trasferimento cellulare, provoca un netto ma transitorio aumento dell'espressione di IL-1β, TNF-a, IL-12, tuttavia, la sua copolimerizzazione con un oligopeptide di adesione cellulare migliora la biocompatibilità del materiale, riducendo significativamente l’espressione di citochine proinfiammatorie.

La reazione dei macrofagi a vari materiali in vitro non caratterizza completamente il loro comportamento nel corpo. Nelle monocolture non ci sono fattori di interazione con altre popolazioni cellulari e il polimorfismo fenotipico non viene preso in considerazione: in condizioni naturali, non solo i precursori monocitici, ma anche i macrofagi tissutali maturi migrano verso l'impianto, la cui risposta può differire significativamente da quelli reclutati dal sangue. Lo studio dell'attività secretoria dei macrofagi circostanti le endoprotesi installate nei tessuti animali e umani è di grande difficoltà. Il metodo principale per caratterizzare i macrofagi basato sul paradigma M1-M2 in situ è ​​stata l'immunocitochimica delle proteine ​​marcatori iNOS, CD206, CD163, CD80, CD86. Si ipotizza che la presenza di questi marcatori nei macrofagi in vivo determini la loro polarizzazione nelle direzioni M1 e M2 con la sintesi dei corrispondenti spettri di cito- e chemochine, ma, data la possibilità dell'esistenza di macrofagi di tipo misto, questo la caratterizzazione non è del tutto corretta.

Tuttavia, gli esperimenti in vivo consentono di tracciare il destino del materiale impiantato e la dinamica della reazione dei macrofagi su un lungo periodo, il che è particolarmente importante per le endoprotesi e i dispositivi permanenti. I più studiati sotto questo aspetto sono i biomateriali degradanti a base di collagene. Le prime cellule infiammatorie che migrano verso tali materiali sono le PMNL, tuttavia questo effetto è transitorio e la popolazione della seconda ondata è rappresentata dai macrofagi. La loro reazione dipende dalle proprietà fisico-chimiche del collagene. Quanto più severo è il trattamento chimico, tanto più il collagene si differenzia da quello nativo, tanto più “estraneo” diventa per i macrofagi e tanto più marcata è la reazione tissutale. Frammenti di impianti costituiti da collagene reticolato che si degrada lentamente e installati tra gli strati muscolari della parete addominale del ratto contribuiscono alla formazione di HCIT e all'incapsulamento del materiale. I macrofagi migranti, a giudicare dall'espressione dei recettori CCR7 e CD206, possono in alcuni casi essere attribuiti al fenotipo M1, ma in molti casi non è possibile determinare la loro appartenenza a fenotipi noti.

Nel corso del tempo, intorno all'impianto compaiono macrofagi M2, che si trovano principalmente nella capsula fibrosa. Le endoprotesi realizzate con collagene suino, umano e bovino non reticolato e collagene di pecora reticolato con diisocianato, che si decompongono rapidamente nel corpo di un ratto, stimolano la nuova formazione di tessuto connettivo e muscolare completo. Non contribuiscono alla formazione dell'HCIT e non sono incapsulati. Alcuni dei fagociti mononucleari che si accumulano nell'interfaccia tessuto/materiale non hanno marcatori del fenotipo M1/M2, alcuni contengono entrambi i marcatori e alcuni sono macrofagi M2. Non esiste una sottopopolazione di macrofagi M1 su tali impianti. L'analisi istomorfometrica ha mostrato una correlazione positiva tra il numero di macrofagi portatori di marcatori del fenotipo M2 nelle prime fasi dello sviluppo della reazione tissutale e gli indicatori di successo del rimodellamento tissutale nella zona di impianto.

La reazione dei tessuti ai materiali non degradabili esiste durante tutto il tempo della loro presenza nel corpo. La sua intensità è modulata dalle proprietà fisico-chimiche dei materiali: nella serie poliestere, politetrafluoroetilene, polipropilene - il primo polimero provoca l'infiammazione e la fusione dei macrofagi più pronunciati, l'ultimo provoca la minima e la gravità della fibrosi per tutti questi materiali correla positivamente con la quantità di HCIT sulla superficie dei polimeri sintetici. Nonostante il gran numero di lavori che hanno studiato la risposta infiammatoria a vari materiali, le caratteristiche dei macrofagi che si accumulano su di essi non sono state sufficientemente studiate. M.T. Lupo et al. (2014) hanno dimostrato che principalmente macrofagi con marcatori del fenotipo M1 (CD86+CD206-) si accumulano sui fili e tra i nodi della rete di polipropilene impiantata nella parete addominale del ratto.

Il gel della matrice intercellulare del tessuto connettivo applicato al polipropilene riduce il numero dei macrofagi M1 e dell'HCIT e contemporaneamente inibisce la crescita dei microvasi. Questo fenomeno è in buon accordo con i risultati degli studi che dimostrano l’espressione dei fattori angiogenici M1 da parte dei macrofagi della ferita e la soppressione della vasculogenesi durante il loro blocco. Si sa poco sull'attività sintetica dei macrofagi e sullo spettro delle loro molecole biologicamente attive che forniscono la risposta dei tessuti. Nei topi, i macrofagi che secernono IL-6 e CCL2, IL-13 e TGF-β si accumulano alla periferia della zona di impianto della rete di nylon e, allo stesso tempo, IL-4 è espresso nella popolazione di cellule, incluso HCIT, aderite alle fibre dell'endoprotesi, IL-10, IL-13 e TGF-β. IL-4 e IL-13 sono potenti mediatori profibrogenici; non solo polarizzano i macrofagi nella direzione M2a, facilitando la produzione di fattori di crescita, ma stimolano anche la sintesi del collagene da parte dei fibroblasti attraverso l’induzione dell’espressione del TGF-β. IL-10 e CCL2 hanno anche un effetto profibrogenico, fornendo chemiotassi dei precursori dei miofibroblasti: i fibrociti. Si può presumere che siano i macrofagi a creare un ambiente favorevole allo sviluppo della fibrosi attorno ai materiali non degradabili.

La formazione di tessuto fibroso può avere effetti sia negativi che positivi sugli esiti dei pazienti. Nella pratica erniologica, uno dei problemi principali è la trasformazione del tessuto fibroso associata all'impianto di un'endoprotesi in polipropilene (Fig. 2, dati propri), che, sullo sfondo di tattiche chirurgiche irrazionali, porta allo sviluppo di ernie ricorrenti di varie localizzazioni nel 15-20% dei casi.

Negli ultimi anni si sono sviluppate in modo particolarmente intenso le tecnologie implantari basate sull'integrazione delle strutture installate attraverso lo sviluppo del tessuto connettivo (Fig. 3, dati propri). Nonostante la fibrointegrazione degli impianti sia riconosciuta da numerosi specialisti come una valida opzione, la ricerca di nuovi materiali che favoriscano i processi di osteointegrazione continua.

A questo proposito, sono di grande importanza lo studio delle popolazioni cellulari nel campo delle protesi, lo sviluppo di metodi e approcci per bloccare un'eccessiva risposta infiammatoria che porta alla fibrosi e la stimolazione della rigenerazione riparativa nel sito di impianto di vari materiali. importanza.

Conclusione

I macrofagi sono una popolazione polimorfica di cellule il cui fenotipo è determinato da segnali provenienti dal microambiente. Svolgono un ruolo decisivo nella risposta dell'organismo al materiale estraneo utilizzato per l'artroplastica, il cateterismo, lo stent e altri tipi di trattamento. La natura della reazione e il grado della sua gravità dipendono sia dalle dimensioni del materiale impiantato che dalle sue proprietà fisico-chimiche e possono avere valori sia positivi che negativi per il corpo del paziente. Per i materiali degradabili a base di collagene, è stata mostrata la dipendenza del tipo di attivazione dei macrofagi e della velocità di rigenerazione del tessuto connettivo dal metodo di lavorazione delle materie prime del collagene. Ciò apre grandi opportunità per gli specialisti che sviluppano nuovi metodi di decellularizzazione dei tessuti, modificazione chimica e sterilizzazione dei materiali di collagene al fine di ottenere impianti per la medicina rigenerativa.

I problemi associati all'attivazione dei macrofagi da parte di materiali non degradabili, a quanto pare, dovrebbero essere affrontati diversamente. I macrofagi fagocitando indossano microparticelle della superficie delle endoprotesi articolari e i macrofagi che migrano verso le estese superfici degli impianti sintetici danno origine a un'infiammazione persistente a lungo termine, osteolisi nel primo caso e fibrosi nel secondo. Il livellamento di questo effetto sarà molto probabilmente ottenuto bloccando la migrazione diretta, l’adesione e l’attivazione di monociti/macrofagi, il che richiederà una conoscenza di questi processi più approfondita di quella di cui disponiamo attualmente.