mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-AEO-2244mimmun-2244Research ArticleМАТЕРИАЛЫ ФОРУМА "ДНИ ИММУНОЛОГИИ В СПБ" 2021ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КУКУРБИТУРИЛОВ НА МОНОЦИТЫ И NK-КЛЕТКИ ЗДОРОВЫХ ДОНОРОВASSESSING EFFECTS OF CUCURBITURILS ON MONOCYTES AND NK-CELLS IN HEALTHY VOLUNTEERSАктановаА. А.AktanovaA. A.

аспирант, лаборант-исследователь, лаборатория клинической иммунопатологии,

г. Новосибирск

Postgraduate Student, Research Assistant, Laboratory of Clinical Immunopathology, 

Novosibirsk

aktanova_al@mail.ruПашкинаЕ. А.PashkinaE. A.

к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории клинической иммунопатологии,

г. Новосибирск

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Clinical Immunopathology,

Novosibirsk

pashkina.e.a@yandex.ruКозловВ. А.KozlovV. A.

д.м.н., профессор, академик РАН, заведующий лабораторией клинической иммунопатологии, научный  руководитель,

г. Новосибирск

PhD, MD (Medicine), Full Member, Russian Academy of Sciences, Head, Laboratory of Clinical Immunopathology,  Scientific Director, 

Novosibirsk

vakoz40@yandex.ruФГБНУ «Научно-исследовательский институт фундаментальной и клинической иммунологии»РоссияResearch Institute of Fundamental and Clinical ImmunologyRussian Federation202107102021234635640Copyright © Актанова А.А., Пашкина Е.А., Козлов В.А., 20212021Актанова А.А., Пашкина Е.А., Козлов В.А.Aktanova A.A., Pashkina E.A., Kozlov V.A.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://www.mimmun.ru/mimmun/article/view/2244

Нанотехнологии в иммунологии – перспективно развивающееся направление в фундаментальной и практической медицине. Кукурбитурилы являются макроциклическими кавитандами с определенным количеством гликолурильных фрагментов (n), определяющих размер полости данного соединения. На данный момент существует шесть синтезированных гомологов: 5, 6, 7, 8, 10 и 14. Отличаются друг от друга портальным размером и размером полостей. Характеризуются особыми физико-химическими и биологическими свойствами, такими как биосовместимость, стабильность, высокая способность к инкапсуляции химических соединений. Известно, что кукурбитурилы инкапсулируют молекулы путем формирования комплексов по типу «гость–хозяин», что позволяет высвобождать вещество из комплекса, повышать растворимость соединений и использовать кукурбитурилы как системы доставки лекарственных веществ. Иммуномодуляторная активность зависит от его специфических наноразмерных характеристик: функциональные группы, форма, размер, поверхность, растворимость в различных средах. Каждая наночастица, в зависимости от этих свойств, оказывает различные эффекты на клетки. Эффекты кукурбитурилов могут быть различными даже для одной субпопуляции клеток в зависимости от гомолога или дозировки. Взаимодействие клеток врожденного иммунитета с кукурбитурилами пока еще недостаточно изучены.

Целью этого исследования была оценка влияния кукурбит[n]урилов (n = 6, n = 7, n = 8) на клетки врожденного иммунитета – моноциты, NK-клетки, NKT-клетки.

Иммунологическое исследование включало выделение мононуклеарных клеток периферической крови условно здоровых доноров (n = 8) на градиенте плотности фиколл-урографина и проточную цитометрию с определением количества иммунокомпетентных клеток по классическим маркерам дифференциации этих клеток – CD3- CD16+CD56+ для NK-клеток, CD3+CD16+CD56+ для NKTклеток и CD3- CD14+ для моноцитов. Активацию моноцитов определяли по экспрессию поверхностного маркера HLA-DR.

Клетки культивировали 72 часа с добавлением кукурбитурилов CB[6], CB[7] в концентрациях 0,1, 0,3, 0,5 мМ и CB[8] в концентрации 0,01 мМ, поскольку он имеет плохую растворимость. Было отмечено достоверное снижение количества NK-клеток (p < 0,01 для исследуемых концентраций CB[7]), увеличение количества NKT-клеток (p < 0,04 и p < 0,02 для концентраций CB[6] и CB[7] соответственно). Также наблюдалась тенденция к повышению экспрессии HLA-DR на моноцитах (p = 0,06 для CB[6]).

Учитывая такое разностороннее действие кукурбитурилов, в перспективе можно рассматривать возможность использования кукурбитурилов в качестве иммуномодуляторов, противоопухолевых агентов, при аутоиммунных заболеваниях. 

Nanotechnology in immunology is a prospectively developing area in fundamental and practical medicine. Cucurbiturils are macrocyclic cavitands with a definite amount of glycoluril fragments (n) that determine the size of the cavity of these compounds. Nowadays, there are six synthesized homologues: 5, 6, 7, 8, 10 and 14. They differ from each other in the portal size and the size of the cavities. They are characterized by special physicochemical and biological properties, such as biocompatibility, stability, high ability to encapsulate chemical compounds. It is known that cucurbiturils encapsulate molecules by forming guest-host complexes, which allow the substance to be released from the complex and increase the solubility of the compounds. These advantages allow using cucurbiturils as drug delivery systems. Immunomodulatory activity of cucurbiturils depends on its specific nanoscale characteristics: functional groups, shape, size, surface, solubility in various media. Each nanoparticle depending on these properties has different effects on cells. The effects of cucurbiturils can be different even for one subpopulation of cells, depending on the homologue or dosage. The interaction of innate immune cells with cucurbiturils are not yet sufficiently characterized.

The aim of this study was to assess the effects of cucurbit[n]urils (n = 6, n = 7, n = 8) on innate immune cells – monocytes, NK-cells, NKT-cells.

The immunological recearch included the isolation of peripheral blood mononuclear cells from healthy donors (n = 8) on the density gradient of ficoll-urografin and flow cytometry with the determination of the amount of immunocompetent cells according to the classic markers of differentiation of these cells – CD3- CD16+CD56+ for NK-cells, CD3+CD16+CD56+ for NKT-cells and CD3- CD14+ for monocytes. Monocyte activation was determined by the expression of surface HLA-DR.

The cells were cultured for 72 hours with the addition of cucurbiturils CB[6], CB[7] at concentrations of 0.1 mM, 0.3 mM, 0.5 mM and CB[8] at concentration of 0.01 mM, due to its poor solubility.

There were a significant decrease in the quantity of NK-cells (p < 0.01 for the test concentrations of CB[7]), an increase in the quantity of NKT-cells (p < 0.04 and p < 0.02 respectively for the concentrations of CB[6] and CB[7]). There was a tendency to increase the expression of HLA-DR on monocytes (p = 0.06 for CB[6]).

Considering a variative effects of cucurbiturils, in the future it is possible to consider a possibility of using cucurbiturils as an immunomodulators, antitumor agents, in autoimmune diseases. 

кукурбитурилымакроциклические соединенияиммунитетврожденный иммунитетмоноцитыNK-клеткиNKT-клеткипроточная цитометрияcucurbiturilsmacrocyclic compoundsimmunityinnate immune systemmonocytesNK-cellsNKT-cellsflow cytometryРоссийский Научный ФондThis study was supported by the Russian Science Foundation according to the research project No. 19-15-00192.ReferencesAlam A., Saxena R.K. Natural killer cells interaction with carbon nanoparticles. In: natural killer cells. InTech., 2017, pp. 139-160.Alam A., Saxena R.K. Natural killer cells interaction with carbon nanoparticles. In: natural killer cells. InTech., 2017, pp. 139-160.Chen H., Chan J.Y., Yang X., Ian W, Bardelang D., Macartney H., Lee Simon M.Y., Wang R. Developmental and organ-specific toxicity of cucurbit[7]uril in vivo study on zebrafish models. RSC Adv., 2015, Vol. 5, pp. 30067-30074.Chen H., Chan J.Y., Yang X., Ian W, Bardelang D., Macartney H., Lee Simon M.Y., Wang R. Developmental and organ-specific toxicity of cucurbit[7]uril in vivo study on zebrafish models. RSC Adv., 2015, Vol. 5, pp. 30067-30074.Das D., Assaf K.I., Nau W.M. Applications of cucurbiturils in medicinal chemistry and chemical biology. Front. Chem., 2019, Vol. 7, 619. doi: 10.3389/fchem.2019.00619.Das D., Assaf K.I., Nau W.M. Applications of cucurbiturils in medicinal chemistry and chemical biology. Front. Chem., 2019, Vol. 7, 619. doi: 10.3389/fchem.2019.00619.Gao S., Li T., Guo Y., Sun C., Xianyu B., Xu H. Selenium-containing nanoparticles combine the NK cells mediated immunotherapy with radiotherapy and chemotherapy. J. Advanced Materials, 2020, Vol. 32, no. 12, 1907568. doi: 10.1002/adma.201907568.Gao S., Li T., Guo Y., Sun C., Xianyu B., Xu H. Selenium-containing nanoparticles combine the NK cells mediated immunotherapy with radiotherapy and chemotherapy. J. Advanced Materials, 2020, Vol. 32, no. 12, 1907568. doi: 10.1002/adma.201907568.Ghinnagow R., Cruz L.J., Macho-Fernandez E., Faveeuw C., Trottein F. Enhancement of adjuvant functions of natural killer t cells using nanovector delivery systems: application in anticancer immune therapy. Front. Immunol., 2017, Vol. 8, 879. doi: 10.3389/fimmu.2017.00879.Ghinnagow R., Cruz L.J., Macho-Fernandez E., Faveeuw C., Trottein F. Enhancement of adjuvant functions of natural killer t cells using nanovector delivery systems: application in anticancer immune therapy. Front. Immunol., 2017, Vol. 8, 879. doi: 10.3389/fimmu.2017.00879.Kuok K.I., Shengke L., Wyman I.W., Wang R. Cucurbit[7]uril: an emerging candidate for pharmaceutical excipients. J. Ann. N.-Y. Acad. Sci., 2017. Vol. 1398, no. 1, pp. 108-119.Kuok K.I., Shengke L., Wyman I.W., Wang R. Cucurbit[7]uril: an emerging candidate for pharmaceutical excipients. J. Ann. N.-Y. Acad. Sci., 2017. Vol. 1398, no. 1, pp. 108-119.Lameijer M.A., Tang J., Nahrendorf M., Beelen R.H., Mulder W.J. Monocytes and macrophages as nanomedicinal targets for improved diagnosis and treatment of disease. Expert Rev. Mol. Diagn., 2013, Vol. 13, no. 6, pp. 567-580.Lameijer M.A., Tang J., Nahrendorf M., Beelen R.H., Mulder W.J. Monocytes and macrophages as nanomedicinal targets for improved diagnosis and treatment of disease. Expert Rev. Mol. Diagn., 2013, Vol. 13, no. 6, pp. 567-580.Mrakovcic M., Meindl C., Roblegg E., Fröhlich E. Reaction of monocytes to polystyrene and silica nanoparticles in short-term and long-term exposures. Toxicol. Res. (Camb.), 2014, Vol. 3, no. 2, pp. 86-97.Mrakovcic M., Meindl C., Roblegg E., Fröhlich E. Reaction of monocytes to polystyrene and silica nanoparticles in short-term and long-term exposures. Toxicol. Res. (Camb.), 2014, Vol. 3, no. 2, pp. 86-97.Müller L., Steiner S., Rodriguez-Lorenzo L., Petri-Fink A., Rothen-Rutishauser B., Latzin P. Effect of engineered nanoparticles on natural killer cells in vitro. Eur. Resp. J., 2015, Vol. 46, 4107. doi: 10.1183/13993003.congress-2015.PA4107.Müller L., Steiner S., Rodriguez-Lorenzo L., Petri-Fink A., Rothen-Rutishauser B., Latzin P. Effect of engineered nanoparticles on natural killer cells in vitro. Eur. Resp. J., 2015, Vol. 46, 4107. doi: 10.1183/13993003.congress-2015.PA4107.Oun R., Floriano R.S., Isaacs L., Rowana E.G., Wheate N.J. The ex vivo neurotoxic, myotoxic and cardiotoxic activity of cucurbituril-based macrocyclic drug delivery vehicles. Toxicol. Res. (Camb.), 2014, Vol. 3, pp. 447-455.Oun R., Floriano R.S., Isaacs L., Rowana E.G., Wheate N.J. The ex vivo neurotoxic, myotoxic and cardiotoxic activity of cucurbituril-based macrocyclic drug delivery vehicles. Toxicol. Res. (Camb.), 2014, Vol. 3, pp. 447-455.Pashkina E.A., Aktanova A.A., Blinova E.A., Mirzaeva I.V., Kovalenko E.A., Knauer N.Yu., Ermakov A.A., Kozlov V.A. Evaluation of the immunosafety of cucurbit[n]urils on peripheral blood mononuclear cells in vitro. Molecules, 2020, Vol. 25, no. 15, 3388. doi: 10.3390/molecules25153388.Pashkina E.A., Aktanova A.A., Blinova E.A., Mirzaeva I.V., Kovalenko E.A., Knauer N.Yu., Ermakov A.A., Kozlov V.A. Evaluation of the immunosafety of cucurbit[n]urils on peripheral blood mononuclear cells in vitro. Molecules, 2020, Vol. 25, no. 15, 3388. doi: 10.3390/molecules25153388.Poupot M., Turrin C.-O., Caminade A.-M., Fournié J.-J., Attal M., Poupot R., Fruchon S. Poly(phosphorhydrazone) dendrimers: yin and yang of monocyte activation for human NK cell amplification applied to immunotherapy against multiple myeloma. Nanomedicine, 2016, Vol. 12, no. 8, pp. 2321-2330.Poupot M., Turrin C.-O., Caminade A.-M., Fournié J.-J., Attal M., Poupot R., Fruchon S. Poly(phosphorhydrazone) dendrimers: yin and yang of monocyte activation for human NK cell amplification applied to immunotherapy against multiple myeloma. Nanomedicine, 2016, Vol. 12, no. 8, pp. 2321-2330.Thapa P., Zhang G., Xia C., Gelbard A., Overwijk W.W., Liu C., Hwu P., Chang D.Z., Courtney A., Sastry J.K., Wang P.G., Li C., Zhou D. Nanoparticle formulated alpha-galactosylceramide activates NKT cells without inducing anergy. Vaccine, 2009, Vol. 27, no. 25-26, pp. 3484-3488.Thapa P., Zhang G., Xia C., Gelbard A., Overwijk W.W., Liu C., Hwu P., Chang D.Z., Courtney A., Sastry J.K., Wang P.G., Li C., Zhou D. Nanoparticle formulated alpha-galactosylceramide activates NKT cells without inducing anergy. Vaccine, 2009, Vol. 27, no. 25-26, pp. 3484-3488.Uzunova V.D., Cullinane C., Brix K., Nau W.M., Day A.I. Toxicity of cucurbit[7]uril and cucurbit[8]uril: an exploratory in vitro and in vivo study. Org. Biomol. Chem., 2010. Vol. 8, pp. 2037-2042.Uzunova V.D., Cullinane C., Brix K., Nau W.M., Day A.I. Toxicity of cucurbit[7]uril and cucurbit[8]uril: an exploratory in vitro and in vivo study. Org. Biomol. Chem., 2010. Vol. 8, pp. 2037-2042.

The authors declare that there are no conflicts of interest present.