MAKROPHAGEN: EIGENSCHAFTEN, BILDUNG, TYPEN, FUNKTIONEN - BIOLOGIE - 2025

Die Makrophagen sind phagozytische Zellen, die zu einer von vielen Arten von Zellen gehören, die im Bindegewebe vorhanden sind. Sie existieren als mobile und fixierte Zellen und sind wichtige Effektoren im Immunsystem.

Sie gehören zum mononukleären Phagozytensystem, zu dem neben Makrophagen auch Monozyten, Promonozyten und deren Vorläuferzellen gehören. Die Hauptfunktion der zu diesem System gehörenden Zellen besteht darin, das Blut, die Lymphe und andere Gewebe durch Aufnahme oder Phagozytose verschiedener Partikel zu "reinigen".

Makrophagen, die eine pathogene Pilzzelle phagozytieren (Quelle: Carolina Coelho über Wikimedia Commons)

Makrophagen stammen aus dem Knochenmark, sind im ganzen Körper verteilt und weisen unterschiedliche Formen und Eigenschaften auf, die häufig vom Gewebe, in dem sie sich befinden, ihrem Differenzierungsgrad und dem Alter oder der Lebenszeit des Organismus, in dem sie sich befinden, abhängen Studie.

Sie sind eine der plastischsten Zellen des hämatopoetischen Systems, da sie in allen Körpergeweben vorkommen und unterschiedliche Funktionen haben: Sie sind an Entwicklungsprozessen, an der Aufrechterhaltung der Körperhomöostase, an der Gewebereparatur und am Immunsystem beteiligt .

Eine seiner Hauptfunktionen ist eng mit der Immunabwehr des Körpers verbunden, da seine phagozytische Aktivität durch Komponenten des Komplementsystems und Immunglobuline (beide Komponenten des Immunantwortsystems) reguliert wird.

Sie wurden vor mehr als einem Jahrhundert entdeckt, wurden jedoch in der Metazoan-Phylogenie als "Ahnen" -Zellen definiert. Während seiner Entdeckung wurde nicht nur seine phagozytische Fähigkeit hervorgehoben, sondern auch seine Fähigkeit, zwischen Selbst und Fremdem zu unterscheiden, mit der das Konzept der angeborenen Immunität geboren wurde.

Entdeckung

Die ersten phagozytischen Zellen wurden aus einer 1883 mit Fröschen durchgeführten Studie des russischen Zoologen Elie Metchnikoff beschrieben, der nicht nur ihre Funktion bei der Abwehr von Fremdstoffen beschrieb, sondern auch die Fähigkeit dieser Zellen, sterbende Zellen zu eliminieren oder seneszent im Wirt und identifiziere das eigene vom Fremden.

Metchnikoff war ein führender Forscher, der als Vater der modernen Immunologie aufgeführt wurde und wichtige Beiträge zur Entwicklung der Immunologie als neue Disziplin leistete. Ihre Ergebnisse stellten auch eine homologische Beziehung zwischen dem Immunsystem der Wirbellosen und dem von Säugetieren her.

Mit seiner Beschreibung von Phagozyten und phagozytischen Prozessen entdeckte der Forscher, der vor mehr als hundert Jahren (1908) einen Nobelpreis erhielt, einen der faszinierendsten Mechanismen der angeborenen Immunität.

Seine Experimente bestanden darin, Larven einer Seesternart mit Stacheln "herauszufordern" oder "zu stören", um ihre Immunzellen zu stimulieren und ihre Reaktion auf die Invasion dieser Fremdstoffe zu untersuchen. Dabei beobachtete er das Auftreten von Zellen mit besonderen Eigenschaften, die diese Strukturen "aßen".

Er prägte den Begriff "Phagozyten" (von der griechischen "Zahlung" - Verschlingen - und "Zytos" - Zelle)) zu den von ihm beobachteten Zellen und zu dem Prozess, der "Phagozytose" durchführte, aber die Relevanz dieser Entdeckung wurde erst bei einigen offensichtlich Jahre später, mit den Entdeckungen von Paul Ehrlich im Zusammenhang mit humoraler Immunität und Antikörpern.

Eigenschaften

Makrophagen-ähnliche Zellen teilen viele Eigenschaften in den verschiedenen mehrzelligen Organismen, in denen sie gefunden werden können. Sie werden von ihren Produktionsstätten zu verschiedenen Körperteilen transportiert, je nachdem, ob ein Blutsystem vorhanden ist oder nicht.

Die charakteristischsten Merkmale von Makrophagen sind ihre Phagozytenkapazität, die Mobilität vieler von ihnen und ihre Biosynthesekapazität, die von einer großen Vielfalt von Genexpressionsmustern begleitet wird.

In ihrem aktiven Zustand sind sie extrem dynamische Zellen mit intensivem Membranverkehr. In ihnen treten verschiedene Prozesse der Membranfusion und -spaltung auf, die mit Endozytose und Phagozytose verbunden sind.

Diese spezialisierten Zellen können als "langlebig" eingestuft werden, da sie offenbar lange Zeit in den peripheren Geweben des Körpers leben. Darüber hinaus werden sie kontinuierlich durch die Differenzierung ihrer Vorläuferzellen vom Knochenmark ersetzt, die den Kreislauf verlassen und in die verschiedenen Bindegewebe gelangen können.

Da es sich um mobile Zellen handelt, weisen einige Makrophagen Falten in ihrer Plasmamembran auf. Wenn sie so angeordnet sind, dass sie große Partikel verschlingen, können sie mit anderen Zellen fusionieren, um das zu bilden, was einige Autoren als "riesige Fremdkörperzelle" bezeichnen, einen riesigen mehrkernigen Makrophagen.

Wenn diese Zellen in den Geweben beobachtet werden, zu denen sie gehören, sind sie in definierten Mustern organisiert, wobei jede Zelle ihr eigenes Territorium einnimmt, so etwas wie ein „Gewebe in einem anderen Gewebe“.

Ausbildung

Das mononukleäre phagozytische System ist eine hämatopoetische Linie, die von Vorläuferzellen des Knochenmarks abgeleitet ist. Kompromittierte Vorläufer differenzieren, um Blutmonozyten zu bilden, die durch den Strom wandern und in Gewebe eindringen, um residente Makrophagen zu werden.

Die Bildung des mononukleären Phagozytensystems beginnt mit den "unreifen" Zellen, den Promonozyten, die die replikativen Zellen sind, aus denen Monozyten entstehen. Letztere verlassen das Knochenmark und gelangen in den Blutkreislauf, wo sie in den nächsten 8 Stunden wachsen und sich zu reifen Monozyten differenzieren.

An Orten, an denen reife Monozyten „günstige“ Bedingungen für die Phagozytose finden, unterscheiden sie sich in sogenannten residenten Makrophagen, da sie nicht frei im Kreislauf sind. Dann sind sie mit allen geeigneten Vorrichtungen zum Aufschluss der zu phagozytierenden Teilchen ausgestattet.

Die Differenzierung beinhaltet verschiedene Veränderungen: Wachstum des Zellkörpers (mindestens fünfmal so groß wie der ursprüngliche Monozyt), Zunahme der Anzahl und Komplexität der inneren Organellen, Erwerb der Phagozytenkapazität (Akkumulation hydrolytischer Enzyme) und Sekretion löslicher Faktoren.

Diese Zellen sind in allen Regionen des Körpers verteilt. Einige haben spezielle Vorlieben für bestimmte Gewebe (fixiert), während andere ihre Bewegungsfähigkeit behalten (Amöben) und frei sind oder wandern.

Histologie

Makrophagen haben eine sehr variable Morphologie, die größtenteils auf ihren mobilen Zustand zurückzuführen ist, da sie sich zwischen und durch verschiedene Gewebe bewegen können. Sie sind unregelmäßig geformt, abgeflacht und zeigen oft pseudopodienartige Bewegungsprozesse.

Der Zellkörper von Makrophagen kann einen Durchmesser von bis zu 30 μm haben; und in seinem Zytoplasma wird ein einzelner Kern von unregelmäßiger Form beobachtet, mit einem oder zwei markanten Rissen, die ihm die Form einer Niere und eine dichte Region geben, die durch Heterochromatin gebildet wird.

Sie haben verschiedene Vakuolen, die Enzyme und ausreichend Platz bieten, um Partikel wie Mikroorganismen oder Zelltrümmer zu verschlingen. Darüber hinaus haben sie eine Vielzahl von Lysosomen, "Phagosomen", multivesikulären Körpern und Restkörpern; Deshalb sollen sie unter dem Licht des Mikroskops ein "körniges" Zytoplasma haben.

Da sie die Synthese einer großen Menge hydrolytischer Enzyme benötigen, um ihre Funktion auszuüben, präsentieren diese Zellen ein hoch entwickeltes endoplasmatisches Retikulum sowie einen prominenten Golgi-Komplex, um die Funktionen des vesikulären Transports dieser Enzyme auszuüben.

Ein Histiozyte (Makrophagen), der Blutzellen verschlingt (Hämatophagozytose) (Quelle: Koenjo via Wikimedia Commons)

Makrophagen besitzen kortikale Anordnungen von Aktin-Mikrofilamenten, die für diese Zelltypen charakteristisch sind; Es werden auch zahlreiche Mikrotubuli und Zwischenfilamente beobachtet, die sie für ihre Amöbenbewegung und während phagozytischer Prozesse verwenden.

Da es sich um phagozytische Zellen handelt, können sie durch Injektion spezieller Farbstoffe (Trypanblau, Lithiumkarmin oder Tusche) unterschieden werden, da diese Färbungen phagozytisch sind und in Form von Granulaten im Zytoplasma gespeichert werden.

Typen

Im menschlichen Körper werden Makrophagen nach ihrem Standort und ihrer Funktion unterschieden. Auf diese Weise werden die Darmmakrophagen, die Alveolarzellen (in der Lunge), die Histiozyten (im Bindegewebe), die Kupffer-Zellen (in der Leber), die Mesangialzellen (in der Niere), die Mikrogliazellen (in der Lunge) das Gehirn) und Osteoklasten (im Knochen).

Darmmakrophagen

Diese Klasse von Makrophagen stellt eine der am häufigsten vorkommenden Makrophagenpopulationen im Körper dar und stellt die erste Verteidigungslinie dar (angeborenes Immunsystem). Sie finden sich in der subepithelialen Lamina propria.

Sie sind verantwortlich für die Regulierung der Entzündungsreaktionen gegen Bakterien und gegen die verschiedenen Antigene, die die Epithelbarriere überwinden können. Darüber hinaus schützen sie die Schleimhaut vor gefährlichen Krankheitserregern und "reinigen" das System von toten Zellen und anderen Fremdkörpern.

Darmmakrophagen besitzen spezielle Mechanismen, die es ihnen ermöglichen, zwischen nicht pathogenen Kommensalmikroorganismen und gefährlichen Eindringlingen zu unterscheiden.

Alveolarmakrophagen

Es handelt sich um spezialisierte Makrophagen, die sich in den Lungenalveolen befinden, Kompartimenten mit großen Umweltschwankungen, die hauptsächlich mit dem Sauerstoffpartialdruck zusammenhängen. Sie sind neben einigen Lymphozyten eine der wenigen Zellpopulationen, die in diesen Räumen gefunden werden.

Wie andere Makrophagen haben sie wichtige Funktionen bei der "Reinigung" von apoptotischen Zellen und anderen Zelltrümmern. Sie sind auch an der Reinigung umweltschädlicher Partikel beteiligt, die über die Atemwege gelangen, und sind auch an verschiedenen immunologischen Prozessen beteiligt.

Histiozyten

Der Begriff "Histiozyten" wird üblicherweise verwendet, um alle Zellen mit makrophagenähnlichen Eigenschaften und Vorfahren zu bezeichnen, die in Bindegeweben gefunden werden.

Das heißt, es bezieht sich auf differenzierte Zellen, die aus den Monozyten / Makrophagen-Linien stammen, einschließlich sinusförmiger Makrophagen in der Milz, Alveolarmakrophagen in der Lunge und Kupffer-Zellen in der Leber.

Wie die anderen Arten von Makrophagen schützen Histiozyten den Körper vor eindringenden Mikroorganismen und unerwünschten organischen oder anorganischen Partikeln und sind auch an der Präsentation von Antigenen gegenüber T-Lymphozyten als Auslöser der Immunantwort beteiligt.

Kupffer-Zellen

Sie sind eine Art von Leberzellen, die in die Gruppe der residenten Makrophagen eingeteilt sind und mit den Zellen der Sinusschleimhaut verwandt sind, die nichts weiter als eine Zellschicht sind, die die Sinusoiden bedeckt, große Gefäßräume zwischen den Platten. von Hepatozyten, aus denen die Leberläppchen bestehen.

Eine elektronenmikroskopische Aufnahme dieser Zellen zeigt mehrere zytoplasmatische Projektionen, viele Mitochondrien, ein reduziertes endoplasmatisches Retikulum, einen kleinen Golgi-Komplex und viele Lysosomen und Endosomen.

Diese werden als "wandernde Müllzellen" angesehen, da sie keine interzellulären Verbindungen zu ihren Nachbarzellen haben.

Mesangialzellen

Mesangialzellen sind Zellen, die sich in den Glomeruli der Niere befinden. Dies sind die Stellen in diesem Organ, an denen Blut gefiltert und Urin synthetisiert wird. Ihre Hauptfunktionen umfassen die Regulierung des Blutflusses und der Phagozytose und sie sind an verschiedenen Nierenerkrankungen beteiligt.

Sie haben Eigenschaften von modifizierten glatten Muskelzellen, da sie eine inhärente Kontraktilität aufweisen und in der Lage sind, Zytokine zu produzieren und Makromoleküle wie Immunkomplexe zu endozytieren.

Mikrogliazellen

Sie stellen 20% der Zellen im Zentralnervensystem dar und sind morphologisch, immunphänotypisch und funktionell mit Zellen der Monozyten / Makrophagen-Linie verwandt.

Sie werden als Reaktion auf eine Vielzahl von Erkrankungen oder Verletzungen im Gehirn aktiviert und sind für die Abwehr eindringender Mikroorganismen verantwortlich.

Osteoklasten

Osteoklasten sind Zellen, die zum Knochengewebe gehören und für einen Prozess verantwortlich sind, der als "Knochenresorption" bekannt ist und für die Homöostase dieses Bindegewebes während und nach der Osteogenese wesentlich ist.

Seine Funktionen hängen mit seiner Fähigkeit zusammen, apoptotische oder seneszierende Zellen, aus denen Knochengewebe besteht, durch die Sekretion von lysosomalen Enzymen und anderen am Prozess beteiligten Ionen zu "hydrolysieren".

Eigenschaften

Makrophagen sind hochplastische Zellen, die unter anderem auf die Phagozytose von Fremdsubstanzen und eindringenden Mikroorganismen, beschädigten, alten oder alternden Zellen und Zelltrümmern spezialisiert sind. Es wurde auch gezeigt, dass sie an der Pinozytose beteiligt sind.

Bestimmte Arten von Makrophagen haben "spezialisierte" phagozytische Funktionen, wie beispielsweise die bakterielle Phagozytose, die nach der Erkennung spezieller Kohlenhydratreste an bakteriellen Zellwänden durch Rezeptoren auf der Oberfläche des als C3 bekannten Makrophagen auftritt.

Zusätzlich zu ihren "Sentinel" - und "Cleanup" -Funktionen können residente Makrophagen durch ihre Assoziation mit dem Mikrogefäßsystem akute Entzündungsreaktionen und Gefäßveränderungen auslösen.

Während dieser Entzündungsreaktionen werden Makrophagen durch von Lymphozyten sezernierte Faktoren aktiviert, was ihnen hilft, ihre Phagozytenkapazität dank einer Art Metamorphose zu erhöhen, durch die sie Mikrovilli und Lamellipodien (Membranverlängerungen) erwerben.

Einige Arten von Makrophagen phagozytieren Antigene und präsentieren sie Lymphozyten, so dass sie direkt an den Kaskaden von Immunantworten beteiligt sind. Darüber hinaus scheiden sie spezielle Faktoren aus, die die Teilung von T-Lymphozyten, die Differenzierung von B-Lymphozyten usw. stimulieren.

Alveolarmakrophagen sind das beste Beispiel für die „nicht-phagozytischen“ Funktionen von Makrophagen, da sie Endozytenruß, Asbest, industrielle gasförmige Schadstoffe, Zigarettenrauch und sogar Baumwollfasern enthalten können.

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