Процесс миграции иммунных клеток стал более «прозрачным»
Когда в организм человека попадают инфекционные агенты, например бактерии или вирусы, иммунная система начинает с ними бороться, запуская воспалительный процесс. В воспалении центральную роль играют нейтрофилы — клетки крови, способные поглощать патогены и уничтожать их. Нейтрофилы образуются в красном костном мозге, после чего выходят в кровь и циркулируют по сосудам. Когда в организм попадает инфекционный агент, нейтрофилы переносятся кровью и, проникая сквозь клетки эндотелия — ткани, формирующей стенки сосудов, — попадают в это место, в результате чего формируется очаг воспаления.
Поскольку миграция нейтрофилов происходит при любых инфекциях, важно понимать, как протекает этот процесс и к каким изменениям в тканях он может привести. Однако до сих пор не существует подхода, который бы позволил в трехмерном пространстве в режиме реального времени и с максимальным разрешением наблюдать за миграцией нейтрофилов через эндотелий.
Ученые из Национального исследовательского Нижегородского государственного университета имени Н. И. Лобачевского и государственного технического университета имени Р. Э. Алексеева (Нижний Новгород) предложили подход, позволяющий детально исследовать процесс прохождения нейтрофилов сквозь стенки кровеносных сосудов. Авторы разработали систему, состоящую из двух камер, закрепленных друг над другом. Благодаря наличию небольших отверстий камеры сообщались, и нейтрофилы при необходимости могли перемещаться между ними. Далее на дно верхней камеры поместили тонкий слой клеток эндотелия, имитирующий стенку кровеносного сосуда. Нижняя емкость выступала в роли ткани, в которой развивалось воспаление, поэтому там находились клетки золотистого стафилококка (Staphylococcusaureus) — бактерии, вызывающей множество гнойных инфекций.
Авторы нанесли на слой эндотелиальных клеток нейтрофилы и наблюдали за тем, как последние преодолевают препятствие из эндотелиальных клеток, отделяющих их от бактерий в нижней камере. С помощью сканирующего ион-проводящего микроскопа, где ионный ток используется в качестве детектора, ученые оценивали как состояние самих нейтрофилов, так и эндотелиальных клеток в процессе миграции.
Исследование показало, что нейтрофилы активно «ползали» по слою в местах соединения соседних эндотелиальных клеток, поскольку именно здесь они могли создать пору и проникнуть через барьер в нижнюю камеру. Для этого нейтрофилы довольно быстро (всего в течение семи минут после нанесения на слой) устанавливали межклеточные контакты с клетками эндотелия. Дальнейшие наблюдения показали, что, по мере того, как миграция становилась более интенсивной, в эндотелиальном барьере начинали возникать повреждения за счет роящихся и выделяющих провоспалительные вещества нейтрофилов. Наблюдалось значительное увеличение межклеточных пространств, повреждалась мембрана эндотелиоцитов, образовывались множественные отверстия и стресс-фибриллы, что иногда приводило к гибели клеток. Это объясняет случаи, когда в месте сильного воспаления и миграции нейтрофилов стенки кровеносных сосудов повреждаются, приводя к кровотечениям.
«Предложенный нами метод позволил в режиме реального времени наблюдать процессы, происходящие при воспалении в нашем организме. Нам удалось найти причины возможных осложнений при бактериальных инфекциях, к которым может привести нарушение целостности стенок сосудов. В дальнейшем мы планируем усовершенствовать систему наблюдения за миграцией нейтрофилов путем создания более совершенной системы камер, максимально имитирующей физиологические условия. Это позволит оценить не только морфофункциональные и механические, но и биохимические и иммунологические особенности процесса. Мы надеемся, что такой комплексный подход позволит не только выявить принципиально новые аспекты этого сложного процесса, но и приведет в будущем к созданию новых препаратов, позволяющих регулировать воспалительные реакции организма», — рассказывает руководитель проекта, поддержанного грантом РНФ, Екатерина Горшкова, кандидат биологических наук, старший научный сотрудник научно-исследовательской лаборатории сканирующей зондовой микроскопии ННГУ имени Н. И. Лобачевского. Исследование поддержанно грантом Российского научного фонда (РНФ) и опубликовано в журнале Cells.