Электрическая стимуляция макрофагов усиливает их противовоспалительные свойства

В зависимости от стимулирующих факторов макрофаги могут находиться в разных состояниях. На начальных стадиях повреждения тканей периферические моноциты привлекаются в месту повреждения и дифференцируются в провоспалительные макрофаги (классические активированные макрофаги). Они вырабатывают провоспалительные цитокины и фагоцитируют погибшие клетки, вместе с тем ремоделируя внеклеточный матрикс. Со временем они превращаются в противовоспалительные (альтернативно активированные) макрофаги, которые, в свою очередь, способствуют регенерации ткани за счет выработки противовоспалительных цитокинов, таких как IL-10, поддерживающих восстановление матрикса, рост клеток эпителия и эндотелия сосудов. Если макрофаги неспособны пройти это фенотипическое переключение, это может вызвать хроническую воспалительную реакцию, патологический фиброз и отказ органа.

Стратегии перепрограммирования макрофагов в противовоспалительное состояние могут способствовать быстрому заживлению. Для этого пробовали использовать РНК-интерференцию, антитела и малые молекулы, но идеальной технологии пока еще нет. Исследователи из Тринити-колледжа (Дублин, Ирландия) предложили стимулировать макрофаги электричеством, чтобы повысить их противовоспалительную активность. Электрические поля генерируются в организме за счет движения ионов, и они играют ключевую роль во многих процессах, от сокращения мышц и передачи нервных сигналов до регенерации. Повреждение клеток и утечка ионов во внеклеточную среду изменяет электрические характеристики ткани, что влияет на привлечение репаративных клеток и их функцию.

Ученые выделяли макрофаги из крови здоровых добровольцев. Клетки стимулировали электричеством в течение часа: каждые 2 мс поступал бифазный разряд электричества напряжением 2,5 В и частотой 1 Гц. На выживаемость клеток обработка не повлияла.

После электрической стимуляции повышалась способность макрофагов к фагоцитозу: у них появлялись вытянутые псевдоподии, и они более активно поглощали флуоресцентно меченый овальбумин. Также в макрофагах повысилась экспрессия генов CCL13 и TGFB1 и поверхностных белков CD163 и CD206 — маркеров противовоспалительного фенотипа. Этот фенотип сохранялся в течение 72 ч после электрической стимуляции. Ученые также отметили повышение экспрессии коннексина 43 (Cx43) — этот белок обеспечивает щелевые межклеточные контакты у кардиомиоцитов, астроцитов, клеток эпителия и эндотелия. У макрофагов же Cx43 обеспечивает межклеточную коммуникацию, способствуя миграции клеток и фагоцитозу.

Затем ученые попробовали стимулировать обработанные клетки бактериальным липополисахаридом (ЛПС) — это вещество традиционно используется для «программирования» макрофагов, и обычно стимуляция ЛПС приводит к тому, что они принимают провоспалительный фенотип. Однако после электрической стимуляции этого не происходило. Уровень генов CXCL9 и CXCL10, которые кодируют провоспалительные хемокины, и белков IL-6 и IL-8 — провоспалительных цитокинов — после стимуляции ЛПС в этом случае понижался, а не повышался. Снижалась и экспрессия поверхностных маркеров провоспалительных макрофагов, таких как CD40, CD80, CD86. Не наблюдалось метаболических изменений, характерных для провоспалительных макрофагов после стимуляции ЛПС, например, повышения уровня гликолиза. Электрическая стимуляция также обращала вспять развитие провоспалительного фенотипа, если проводилась после стимуляции ЛПС.

Исследователи проверили, как макрофаги, которых стимулировали электричеством, влияют на другие клетки. Оказалось, что в таких макрофагах повышается экспрессия генов VEGF, PDGFB, MMP9 — их продукты способствуют ангиогенезу (росту сосудов), пролиферации и ремоделированию внеклеточного матрикса. Исследователи обработали средой от макрофагов, стимулированных электричеством, эндотелиальные клетки пупочной вены человека (HUVEC). В результате HUVEC начали формировать разветвленные тубулярные структуры, то есть кондиционированная среда от макрофагов стимулировала ангиогенез.

Среда от макрофагов также положительно влияла на мезенхимальные стволовые клетки (МСК). В скретч-тесте, когда монослой клеток намеренно повреждается царапиной, повышалась скорость миграции МСК, обработанных такой кондиционированной средой. Иначе говоря, МСК более эффективно «залечивали» царапину.

Эти результаты «подтверждают возможность использования электростимуляции как нового перспективного метода лечения, стимулирующего собственные процессы восстановления организма при самых разных травмах и заболеваниях», говорит первый автор статьи доктор Шинейд О'Рурк, научный сотрудник Школы биохимии и иммунологии Тринити-колледжа.

Шовный материал, вырабатывающий электричество, ускоряет заживление ран