Взаимодействие мезенхимальных стромальных клеток и микобактерий туберкулеза in vitro

Цель исследования: в эксперименте in vitro сравнивали фагоцитарные показатели мезенхимальных стромальных клеток (МСК) и макрофагов в отношении микобактерий туберкулеза, оценивали способность МСК и макрофагов лизировать микобактерии или поддерживать их внутриклеточный рост, их влияние на формирование фенотипической лекарственной устойчивости микобактерий, а также влияние микобактерий туберкулеза на тип клеточной гибели МСК..

Материалы и методы. В работе были использованы линейные мыши Balb/c, самцы возрастом от 6 до 8 недель. МСК костного мозга получали из бедренных и большеберцовых костей путем дальнейшего культивирования, перитонеальные макрофаги элиситировали 4% альфа-глюканом. Внутриклеточное содержание микобактерий подсчитывали с помощью конфокального микроскопа при увеличении х 400. Определение чувствительности микобактерий к изониазиду и формирование фенотипической лекарственной устойчивости после культивирования МСК и макрофагов с патогеном на плотной питательной среде Левенштейна-Йенсен оценивали путем подсчета КОЕ. Количество апоптотических и некротизированных МСК и макрофагов определяли через 5 суток после инфицирования, используя проточный цитофлуориметр.

Результаты. На 1-е сутки общее количество фагоцитированных МБТ, как и количество фагоцитарно-активных макрофагов, превышает соответствующие показатели для МСК более чем в 2 раза. МСК фагоцитируют микобактерии туберкулеза в меньшем количестве, но размножение патогена в них происходит активнее: количество КОЕ после 7-ми суток культивирования клеток с патогеном превышало соответствующий показатель после 24 часов культивирования почти в 50 раз. В культурах инфицированных МСК, культивируемых в течение 7 суток, независимо от присутствия изониазида отмечается бурный рост микобактерий туберкулеза. В культуре макрофагов на 5-е сутки после инфицирования микобактериями туберкулеза количество клеток в состоянии некроза было в 2,7 раза больше, чем неинфицированных некротизированных макрофагов, но количество апототических клеток в этих группах различалось незначительно. В культуре МСК инфицированных клеток в состоянии некроза было в 8,5 раз больше, чем неинфицированных некротизированных МСК, и число некротизированных МСК в 4,5 раза превосходило число МСК с апоптозом, тогда как в культуре инфицированных макрофагов число некротизированных клеток было таким же, как число апоптотических клеток. Обработка изониазидом МСК, в отличие от макрофагов, не сдерживала внутриклеточную пролиферацию МБТ.

Заключение. МСК обладают способностью фагоцитировать микобактерии, но делают это менее активно, чем макрофаги и, в отличие от макрофагов, не способны сдерживать размножение микобактерий туберкулеза. Микобактерии обладают фенотипической лекарственной устойчивостью в МСК. В МСК при инфицировании микобактериями туберкулеза отмечается выраженный сдвиг типа клеточной гибели в сторону некроза, что может приводить к диссеминации патогена и развитию локальных деструктивных изменений.

1. Adigun R., Basit H., Murray J. Necrosis. Cell (Liquefactive, Coagulative, Caseous, Fat, Fibrinoid, and Gangrenous). // StatPearls – Treasure Island (FL): StatPearls Publishing. – 2020. – P. 12.

2. Das B., Kashino S. S., Pulu I., Kalita D., Swami V., Yeger H., Felsher D. W., Campos-Neto A. CD271+ Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells May Provide a Niche for Dormant Mycobacterium tuberculosis // Science Translational Medicine. – 2013. – Vol. 5. – № 170. – P. 170.

3. Fatima S., Kamble S., Dwivedi V., Bhattacharya D., Kumar S., Ranganathan A., Kaer L., Mohanty S., Das G. Mycobacterium Tuberculosis Programs

4. Mesenchymal Stem Cells to Establish Dormancy and Persistence. // The Journal of Clinical Investigation. – 2020. – Vol. 130, № 2. – P. 655–661.

5. Garhyan, J., Bhuyan S., Pulu I., Kalita D., Das B., Bhatnagar R. Preclinical and Clinical Evidence of Mycobacterium tuberculosis Persistence in the Hypoxic

6. Niche of Bone Marrow Mesenchymal Stem Cells after Therapy. // The American Journal of Pathology. – 2015. – Vol. 185, № 7. – P. 1924–1934.

7. Jain N., Kalam H., Singh L., Sharma V., Kedia S., Das P., Ahuja V., Kumar D. Mesenchymal stem cells offer a drug-tolerant and immune-privileged niche to Mycobacterium tuberculosis. // Nature Communications. – 2020. – Vol. 11, № 1. – P. 3062.

8. Karaji N., Sattentau Q.J. Efferocytosis of Pathogen-Infected Cells. // Front. Immunol. – 2017. – Vol. 8. – P. 1863.

9. Khan A., Mann L., Papanna R., Lyu M. A., Singh C. R., Olson S, Eissa N. T.,

10. Cirillo J., Das G., Hunter R. L., Jagannath C. Mesenchymal stem cells internalize

11. Mycobacterium tuberculosis through scavenger receptors and restrict bacterial growth through autophagy. // Scientific Reports. – 2017. – Vol. 7, № 1. – P. 15010.

12. Laskin D. L., Sunil V. R., Gardner C. R., Laskin J. D. Macrophages and tissue injury: agents of defense or destruction? // Annu Rev Pharmacol Toxicol. – 2011. – Vol. 51. – P. 267–288.

13. Neharika J., Haroon K., Lakshyaveer S., Sharma V., Kedia S., Das P., Ahuja V., Kumar D. Mesenchymal stem cells offer a drug-tolerant and immune-privileged niche to Mycobacterium tuberculosis. // Nature Communications. – 2020. – Vol. 11, № 1. – P. 3062.

14. Raghuvanshi S., Sharma P., Singh S., Kaer L. V. Das G. Mycobacterium tuberculosis evades host immunity by recruiting mesenchymal stem cells. // Proceedings of the National Academy of Science of the USA. – 2010. – Vol. 107, № 50. – Р. 21653–21658.

15. Shirato K., Kasuga K., Sato S., Ishii H. Physiological Role of Alveolar Macrophage in Acute Lower Respiratory Tract Infection: Phagocytosis and Aging // Phagocytosis – Main Key of Immune System [Working Title]. – IntechOpen. – 2023. – P. 23.

16. Skrahin A., Ahmed R. K., Ferrara G., Rane L., Poiret T., Isaikina Y., Skrahina A., Zumla A., Maeurer M. J. Autologous mesenchymal stromal cell infusion as adjunct treatment in patients with multidrug and extensively drug-resistant tuberculosis: an open-label phase 1 safety trial // Lancet Respir Med. – 2014. – Vol. 2, № 2. – P. 108–122.

17. Stamm C. E., Collins A. C., Shiloh M. U. Sensing of Mycobacterium tuberculosis and consequences to both host and bacillus. // Immunological Reviews. – 2015. – Vol. 264, № 1. – P. 204–219.