Сотрудники НИИ биохимии ФИЦ фундаментальной и трансляционной медицины и ФИЦ «Институт цитологии и генетики СО РАН» вместе с коллегами из Уральского научно-исследовательского института фтизиопульмонологии Минздрава РФ выделили альвеолярные макрофаги с палочками Коха от больных туберкулезом людей. Это позволяет быстро оценить вирулентность штаммов возбудителя заболевания, протестировать новые препараты и определить лекарственную устойчивость у прооперированных пациентов с туберкулезом легких. Подробности опубликованы в журналах Plos One и Tuberculosis.
Туберкулез считался почти побежденным в 1970—1980-х годах, благодаря применению высокоэффективных антибиотиков — изониазида и рифампицина, а также масштабной вакцинации. Однако спустя десятилетие появились штаммы с множественной лекарственной устойчивостью, и, по данным на 2015 год, от туберкулеза каждые 20 секунд умирает один человек на планете и около 4 700 людей каждый день.
«Россия, Индия и Китай находятся в зоне высокого риска: согласно докладу Всемирной ассоциации здравоохранения, в 2018 году на эти страны приходилось больше половины от общемировых случаев заражения формой с множественной лекарственной устойчивостью. В Сибирском и Дальневосточном федеральных округах заболеваемость туберкулезом в два раза выше, чем в среднем по России, как и распространенность резистентных форм», — объясняет старший научный сотрудник Научно-исследовательского института биохимии Федерального исследовательского центра фундаментальной и трансляционной медицины кандидат биологических наук Елена Геннадьевна Уфимцева.
Возбудитель туберкулеза — палочка Коха (Mycobacterium tuberculosis) колонизирует альвеолярные макрофаги: в норме легкие человека почти не содержат этих клеток, повышенная насыщенность ими фиксируется у заболевших. Ткани нездоровых органов изменены: содержат «бугорки» — гранулемы, те из них, что больше 12 мм, называются туберкулемами. В центре образований находится гной, состоящий преимущественно из погибших макрофагов, единичных микобактерий, а вокруг плотная соединительная ткань, насыщенная коллагеном, через которую макрофаги не проникают — таким образом организм старается изолировать очаг инфекции. Но, когда туберкулемы дорастают до бронхов, образуются каверны, и человек становится бактериовыделителем, откашливая микобактерии в окружающую среду.
Разные типы клеток, полученные из стенок каверны резектата легкого. Альвеолярные макрофаги, содержащие микобактерии туберкулеза помечены черными стрелками. На рисунке A-B красной стрелкой обозначены многоядерные клетки Лангханса, свидетельствующие о туберкулезной воспалительной реакции в легких. Нейтрофил, содержащий микобактерии туберкулеза маркирован зеленой стрелкой. На рисунке С — черной снежинкой обозначен лимфоцит, взаимодействующий с альвеолярными макрофагами. Остальные клетки — неинфицированные альвеолярные макрофаги. Источник фото.
В Уральском НИИ фтизиопульмонологии ежедневно проводится несколько операций по резекции отделов легких больных туберкулезом людей. Елена Уфимцева предложила использовать часть ткани резектатов для выделения макрофагов, зараженных микобактериями, из легких пациентов. Технология была отработана ею ранее в НИИ биохимии СО РАМН на лабораторных мышах.
«Мы брали фрагменты стенок каверн и туберкулем, кусочки легких, отстоящих от этих крупных туберкулезных очагов на пять и более сантиметров. Промывали в обычном стерилизованном чайном ситечке, твердые капсулированные гранулемные образования выбрасывали, а оставшуюся суспензию высаживали на покровные стекла в культуральные планшеты. Менее чем за сутки макрофаги прикреплялись к стеклу: через 16—18 часов, когда пациент еще лежал в реанимации, мы уже получали клеточные культуры, которые сразу могли исследовать на микобактерии в альвеолярных макрофагах. Это позволяет определить персонально для каждого прооперированного пациента вирулентность микроорганизмов, их лекарственную устойчивость и протестировать препараты для лечения», — говорит Елена Уфимцева.
Согласно принятой медицинской практике, после удаления пораженных туберкулезом тканей легкого часть резектатов направляются на гистологический анализ (исследование ткани под микроскопом), также изучается мокрота заболевшего с целью поиска микобактерий. В клинике Уральского НИИ фтизиопульмонологии проводятся все эти процедуры, однако с их помощью в тканях резектатов легких удавалось найти лишь единичные макрофаги с микобактериями. При этом результаты, полученные коллаборацией новосибирских и уральских специалистов после работы с 30 пациентами, показывают, что в тканях, даже удаленных от каверн и гранулем, фиксируются сотни тысяч макрофагов, значимый процент которых заражен микобактериями.
«В течение первых послеоперационных дней мы можем оценить степень инфицированности микобактериями клеток-хозяев, по наличию и типу колоний определить их функциональный статус, вирулентность возбудителя заболеваний, характерный для легких пациента на момент операции. Это помогает скорректировать лечение, проведение эпидемиологических мероприятий, а также имеет большое значение для врачей клиники УНИИФ — им критически важно знать, у какого пациента высоковирулентные бактерии, чтобы в том числе не заразиться самим», — подчеркивает Елена Уфимцева.
Исследователи зарегистрировали три патента на свои разработки и надеются внедрить в клиническую практику созданные ими методы, как по получению ex vivo (эксперименты на живой ткани организма в искусственной среде) культур альвеолярных макрофагов, так и по оценке вирулентности и способности микобактерий размножаться после антибиотикотерапии.
Надежда Дмитриева
Фото из статьи исследователей