Клетки, подобные альвеолярным макрофагам, впервые получили in vitro

Альвеолярные макрофаги (AM) представляют собой уникальную популяцию клеток, играющую критически важную роль в поддержании гомеостаза легких. AM перерабатывают жидкость эпителиальной выстилки и липиды легочного сурфактанта, а также отчищают легкие от вдыхаемых посторонних частиц и микроорганизмов. Нарушение функции AM ведет к аккумуляции сурфактанта и затруднению прохождения дыхательных путей. При всем этом AM остаются плохо изученными. Это связано с трудностью их получения — основной способ отбора AM в настоящее время включает бронхоальвеолярный лаваж. Также AM очень быстро теряют характерный фенотип ex vivo. В новой работе ученые из США представили протокол культивирования, позволяющий получать AM-подобные клетки из мононуклеарных клеток крови.

Так как трансплантация макрофагов из брюшной полости в легкие приводит к их «переквалификации» в легочные макрофаги, авторы предположили, что создание in vitro условий, соответствующих альвеолярным, может спровоцировать формирование клеток, похожих на AM. Разработанная среда включала в себя четыре компонента: Infrasurf — естественный заменитель легочного сурфактанта; гранулоцитарно-макрофагальный колониестимулирующий фактор (GM-CSF), в норме секретируемый резидентными макрофагами; трансформирующий фактор роста бета (TGF-β) и интерлейкин 10 (IL-10), которые экспрессируются альвеолярными эпителиальными клетками второго типа.

Мононуклеарные клетки периферической крови (PBMC) культивировали в разработанной среде в течение шести дней. Дифференциация клеток оценивалась по набору из 30 генов, отличающий AM от «классических» полученных из PBMC макрофагов. Культивированные в новой среде клетки демонстрировали экспрессию маркеров AM, в частности PPAR-γ и MRC1, и пониженную экспрессию маркеров нелегочных макрофагов. Полученные клетки были обозначены как AML (alveolar macrophage like; подобные легочным макрофагам) клетки.

У AML клеток наблюдался эпигенетический профиль, схожий с AM. Профиль экспрессии генов также был похож — различия наблюдались в экспрессии около 1000 генов, в то время как нелегочные макрофаги показывают различия в экспрессии почти 3000 генов в сравнении с AM. Морфология и состав поверхностных клеточных маркеров AML клеток также соответствовала фенотипу альвеолярных макрофагов.

Важно то, что продолжительное культивирование клеток в разработанной среде позволяло сохранить «альвеолярный» фенотип макрофагов в течении длительного времени и проводить долгосрочные исследования на одной культуре клеток, что до сих пор не представлялось возможным.

Важной функцией AM является регуляция липидного метаболизма, включая переработку липидов, содержащихся в сурфактанте, что сопровождается смещением метаболизма в сторону окислительного фосфорилирования. В культурах AML клетки демонстрировали повышение экспрессии генов, связанных с окислительным фосфорилированием и метаболизмом жиров.

Для AM характерен фагоцитоз палочки Коха (Mycobacterium tuberculosis) с дальнейшим размножением бактерии внутри макрофага. Исследователи инфицировали культуры макрофагов бактериями линии mCherry-H37Rv. После культивирования 62,6% AM и 59,8% AML клеток несли в себе как минимум одну бактерию. В культурах нелегочных макрофагов бактерии наблюдались в 41,6% клеток. AML клетки также были более подвержены инфекции SARS-CoV-2 в сравнении с нелегочными макрофагами.

Авторы считают, что разработанный протокол культивирования AML клеток значительно продвинет исследования биологии респираторной системы и поиски терапии для респираторных заболеваний, таких как туберкулез и COVID-19.

Макрофаги собираются в кластеры для борьбы с солидными опухолями