Макрофаги являются ключевыми медиаторами защиты хозяина и важными игроками в целом ряде физиологических процессов, включая гомеостаз, восстановление тканей и регенерацию .
Однако некоторые патологические состояния, например, связанные с хроническим воспалением, побуждают макрофаги реагировать специфическими профибротическими сигналами, которые приводят к фиброзу тканей.
Инженерные биологические леса были исследованы как экологические руководства по регенерации тканей.
Состав биоматериала может влиять на фенотип и функцию макрофагов, хотя полученная идентичность макрофагов не была хорошо описана.
Обычно считается, что макрофаги существуют в каноническом спектре противовоспалительного / протезного восстановления (М2) до провоспалительного / профибротического (М1).
Однако, гетерогенность популяций макрофагов, их обилие функций и нюансы их фенотипов in vivo стали более глубоко понятыми в результате последних технологических достижений, таких как секвенирование одноклеточной РНК (scRNAseq).
Использовать одноклеточные технологии и функциональные оценки в качестве платформы для описания того, как макрофаги реагируют на различные микроокружения.
И показать, что манипулирование этими популяциями макрофагов может диктовать судьбу ткани во время фиброза .
Каков наилучший способ выявления макрофагов, высвобождаемых из тканей? Используя in vivo мышиные модели репарации и фиброза, Sommerfeld et al. показать, что вычислительный анализ данных scRNAseq может помочь предсказать поверхностные маркеры, которые можно использовать для идентификации кластеров макрофагов в тканях.
Анализ показал, что scRNAseq Cd301b, CD9 и CD74Экспрессия гена [инвариантный полипептид, связанный с основным комплексом гистосовместимости II (MHCII)] может различать регенеративные и фиброзные терминальные кластеры.
Соответствующие поверхностные антитела анти-CD9, анти-CD301b и анти-MHCII затем использовали для различения новых фенотипических профилей методом проточной цитометрии.
Авторы также подтвердили экспрессию белка в тканях при отсутствии выделения клеток с помощью иммунофлуоресцентной микроскопии.
Примечательно, что традиционные маркеры поверхности макрофагов CD86 и CD206, которые преимущественно экспрессируются на фиброзных и регенеративных кластерах, соответственно, не смогли полностью дифференцировать фенотипические подгруппы макрофагов, идентифицированные Sommerfeld et al..
Вместе эти результаты ставят под сомнение применимость традиционной классификации M1 / M2 in vivo и предоставляют пересмотренную альтернативу.
В своем подходе авторы использовали scRNA-seq на отсортированных дифференцированных макрофагах (CD45 + CD64 + F4 / 80 hi) с последующей несмещенной кластеризацией для непосредственного изучения транскрипционных сигнатур, фенотипа и функции макрофагов в клетках, ферментативно высвобождаемых как из прорегенеративных, так и из профибротических сред.
Регенеративное состояние было отмечено наличием двух кластеров макрофагов, R1 (CD9 + CD301b + MHCII hi) и R2 (CD9 - CD301b + CD206 +).
Тогда как клетки, высвобождаемые из профибротической микросреды, характеризовались наличием двух терминальных кластеры F1 (CD9 - CD301b- MHCII hi) и F2 (CD9 hi CD301b - MHCII - IL36g +).
Анализ взаимосвязей предшественника и потомства, наблюдаемых в различных микроокружениях, позволил реконструировать траектории дифференцировки макрофагов.
Профибротические концевые кластеры, F1 и F2, происходят из общего предшественника, тогда как прорегенерирующие терминальные кластеры, R1 и R2, возникают из трех предшественников.
Биологические каркасы, которые имитируют тканевые микроокружения, могут быть использованы для моделирования заживления ран.
Используя две различные среды биоматериала, одну, которая способствует регенерации, и другую, которая способствует фиброзу в сочетании с секвенированием РНК с одной клеткой, Sommerfeld et al . охарактеризовали макрофаги, участвующие как в фиброзе, так и в регенерации.
Они определили популяции макрофагов, которые участвуют в обоих процессах, и они идентифицировали подмножество CD9 + интерлейкин-36γ (IL-36γ) -продуцирующих макрофагов, которые участвуют в IL-17-управляемом фиброзе.
Оценивая заживление ран у мышей с дефицитом IL-17, они сообщают, что IL-17 необходим для генерации CD9 +.IL-36γ-продуцирующие макрофаги при фиброзе.
Необходимы дальнейшие исследования, чтобы понять функциональное соединение между IL-17- и IL-36γ-продуцирующими клетками при фиброзе и в других условиях.
В целом можно сказать: биоматериалы индуцируют иммунный ответ и мобилизацию макрофагов, однако идентификация и фенотипическая характеристика функциональных подмножеств макрофагов in vivo остаются ограниченными.
Мы провели анализ секвенирования одноклеточной РНК на макрофагах, отсортированных по биологической матрице [матрице мочевого пузыря (UBM)] или синтетическому биоматериалу [поликапролактон (PCL)].
Имплантация UBM способствует восстановлению ткани посредством генерации тканевой среды, характеризующейся иммунным профилем T-хелпер 2 (T H 2) / интерлейкин (IL) -4, тогда как PCL индуцирует стандартный ответ инородного тела, характеризуемый T H17 / IL-17 и фиброз.
Несмещенный кластеризация и анализ псевдо-времени выявили различные подгруппы макрофагов, ответственных за презентацию антигена, хемоаттракцию и фагоцитоз, а также небольшую популяцию с профилями экспрессии как дендритных клеток, так и скелетных мышц после имплантации UBM.
В тканевой среде PCL мы идентифицировали подмножество макрофагов CD9 hi + IL-36γ +, которое экспрессировало T H17-ассоциированные молекулы.
Эти макрофаги практически отсутствовали у мышей, у которых отсутствовал рецептор IL-17, что позволяет предположить, что они могут участвовать в зависимых от IL-17 иммунных и аутоиммунных реакциях.
Идентификация и сравнение уникальных фенотипических и функциональных подмножеств макрофагов в образцах тканей мыши и человека свидетельствуют о широкой актуальности новой классификации.
Эти различные подмножества макрофагов демонстрируют ранее нераспознанные миелоидные фенотипы, участвующие в различных тканевых реакциях, и обеспечивают мишени для потенциальной терапевтической модуляции в восстановлении ткани и патологии.
