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La forme microscopique du macrophage dépend de sa fonction : il possède un cytosquelette flexible qui le rend ovoïde pendant le transit et stellaire avec des projections de surface engloutissantes pendant la phagocytose. Le noyau est souvent échancré.
Le cytoplasme contient de nombreux organites synthétiques : Appareil de Golgi, réticulum endoplasmique lisse et rugueux, et mitochondries. Ils participent à la formation du contenu des abondants lysosomes, utilisés pour la destruction phagocytaire, et des cytokines, utilisées pour la signalisation de l'immunité et de l'inflammation.
Si les macrophages rencontrent un corps étranger de grande taille, une cellule géante à corps étranger peut se former.
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