mimmunМедицинская иммунологияMedical Immunology (Russia)1563-06252313-741XSPb RAACI10.15789/1563-0625-MCA-16745mimmun-3102Research ArticleКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯSHORT COMMUNICATIONSТучные клетки как индикаторы биосовместимости чужеродных частицMast cells as indicators of foreign particle biocompatibilityАрташянО. С.ArtashyanO. S.

Арташян Ольга Сергеевна – к.б.н., старший научный сотрудник лаборатории иммунофизиологии и иммунофармакологии.

620049, Екатеринбург, ул. Первомайская, 106

Тел.: 8 (343) 374-00-70, 8 (922) 222-21-07

Olga S. Artashyan - PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

106 Pervomayskaya St Ekaterinburg 620049

Phones: +7 (343) 374-00-70, +7 (922) 222-21-07

artashyan@inbox.ruХрамцоваЮ. С.KhramtsovaYu. S.

К.б.н., старший научный сотрудник лаборатории иммунофизиологии и иммунофармакологии.

Екатеринбург

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Ekaterinburg

ВласоваА. А.VlasovaA. A.

Младший научный сотрудник лаборатории иммунофизиологии и иммунофармакологии.

Екатеринбург

Junior Research Associate, Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Ekaterinburg

ТюменцеваН. В.TyumentsevaN. V.

К.б.н., старший научный сотрудник лаборатории иммунофизиологии и иммунофармакологии.

Екатеринбург

PhD (Biology), Senior Research Associate, Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Ekaterinburg

ЮшковБ. Г.YushkovB. G.

Д.м.н., профессор, член-корр. РАН, заведующий лабораторией иммунофизиологии и иммунофармакологии.

Екатеринбург

PhD, MD (Medicine), Professor, Corresponding Member, Russian Academy of Sciences, Head, Laboratory of Immunophysiology and Immunopharmacology Institute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of Sciences.

Ekaterinburg

ФГБУН «Институт иммунологии и физиологии» Уральского отделения Российской академии наукРоссияInstitute of Immunology and Physiology, Ural Branch, Russian Academy of SciencesRussian Federation202421092024265967974Copyright © Арташян О.С., Храмцова Ю.С., Власова А.А., Тюменцева Н.В., Юшков Б.Г., 20242024Арташян О.С., Храмцова Ю.С., Власова А.А., Тюменцева Н.В., Юшков Б.Г.Artashyan O.S., Khramtsova Y.S., Vlasova A.A., Tyumentseva N.V., Yushkov B.G.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/3102

Одной из ключевых проблем внедрения наночастиц в клиническую практику с диагностической и терапевтической целью является проблема их безопасности. В ответ на попадание в организм чужеродных частиц активно реагирует соединительная ткань, важным компонентом которой являются тучные клетки. Реакция тучных клеток может являться показателем биосовместимости чужеродных частиц. Исследование проводили на крысах-самцах линии Wistar. Для изучения реакции тучных клеток использовали железоуглеродные наночастицы в модификации FeC, стабилизированные в водной среде с использованием вспомогательного вещества. Раствор наночастиц животным вводили внутривенно однократно. Исследование тканей (печень, легкие, сердце, тимус, почки) проводили через 1, 7 и 30 суток после введения. Проводили анализ органов относительно содержания и характера распределения наночастиц в них. Исследуемые ткани оценивали на предмет структурных изменений и морфофункционального состояния тучных клеток в них. После введения наночастиц наибольшее их количество обнаруживается в печени и легких, меньшее – в сердце, почках и тимусе. Печень и легкие являются основными органами выведения наночастиц за счет высокого содержания фагоцитирующих клеток. Накопление наночастиц в печени приводит к развитию как деструктивных процессов, так и к активации компенсаторно-приспособительных механизмов, которые проявляются в виде клеточной и внутриклеточной регенерации гепатоцитов. В других органах, где наночастиц меньше, структурные перестройки выражены слабо, касаются изменений со стороны микроциркуляторного русла. На введение наночастиц тучные клетки исследуемых органов реагируют по-разному. Первыми реагируют тучные клетки печени уменьшением числа и усилением дегрануляции. Однонаправленно реагирует популяция тучных клеток легких, резкой активацией дегрануляции без изменения количества. Повышение секреторной активности тучных клеток в легких и печени – органах, через которые наночастицы выводятся из организма, указывает на участие тучных клеток в регуляции элиминации частиц через межклеточные сигнальные пути взаимодействия с системой фагоцитирующих мононуклеаров. В сердце тучные клетки принимают участие в поддержании воспалительного процесса на раннем сроке, способствуют возвращению показателей миокарда к гомеостатической норме на поздних сроках эксперимента. Тучные клетки можно рассматривать в качестве индикаторов биосовместимости наночастиц. Тучные клетки, являясь инициаторами воспаления, совместно с макрофагами выступают в качестве компонентов первой линии защиты организма от чужеродных частиц. Отсутствие воспалительного процесса и сохранение структурно-функциональных характеристик тканей, где аккумулируются наночастицы, а также реакция тучных клеток в них свидетельствуют об относительной безопасности исследуемых частиц.

The key problem of introducing nanoparticles into clinical practice for diagnostic and therapeutic purposes is their safety. Connective tissue, an important component of which are mast cells, reacts actively in response to foreign particles. The reaction of mast cells can be an indicator of the biocompatibility of foreign particles. The study was conducted on male Wistar rats. Iron-carbon nanoparticles in the FeC modification stabilized in an aqueous medium using an auxiliary substance were used. Tissue examination (liver, lungs, heart, thymus, kidneys) was performed 1, 7 and 30 days after injection. After the injection of nanoparticles, the largest quantity of them is found in the liver and lungs, a smaller quantity is found in the heart, kidneys and thymus. The liver and lungs are the main organs of excretion of nanoparticles due to phagocytes. The accumulation of nanoparticles in the liver leads to the development of destructive processes and to the activation of compensatory and adaptive mechanisms in the form of cellular and intracellular regeneration of hepatocytes. In organs with a low content of nanoparticles, structural changes are poorly expressed. The mast cells of the studied organs react differently to the introduction of nanoparticles. The first to react are the mast cells of the liver by reducing the quantity and increasing degranulation. The population of lung mast cells reacts unidirectionally by sharply activating degranulation without changing the amount. An increase in the secretory activity of mast cells in the lungs and liver indicates the participation of mast cells in the regulation of particle elimination through intercellular signaling pathways of interaction with the system of phagocytic mononuclear cells. Heart mast cells are involved in maintaining the inflammatory process in the early period of the experiment, contribute to the return of myocardial parameters to homeostatic norm in the late period of the experiment. Mast cells can be considered as indicators of biocompatibility nanoparticles. The absence of an inflammatory process and the preservation of the structural and functional characteristics of the tissues where nanoparticles accumulate, as well as the reaction of mast cells in them, indicate the relative safety of the particles under study.

тучные клеткидегрануляциянаночастицыбиосовместимостьиммунная защитавоспалениеmast cellsdegranulationnanoparticlesbiocompatibilityimmune defenseinflammationРабота выполнена в рамках государственного задания ИИФ УрО РАН (Регистрационный номер НИОКТР № 122020900136-4) с использованием оборудования ЦКП ИИФ УрО РАН.ReferencesБаглай Е.О., Дубиков А.И. Тучные клетки – ключевые участники патогенеза иммуновоспалительных заболеваний // Научно-практическая ревматология, 2015. Т. 53, № 2. С. 182-189.Baglay E.O., Dubikov A.I. Mast cells are key participants in the pathogenesis of immunoinflammatory diseases. Nauchno-prakticheskaya revmatologiya = Rheumatology Science and Practice, 2015, Vol. 53, no. 2, pp. 182-189. (In Russ.)Гусельникова В.В., Полевщиков А.В. Тучные клетки тимуса: на перекрестке трех дорог // Иммунология, 2021. Т. 42, № 4. С. 327-336.Guselnikova V.V., Polevshchikov A.V. Exact thymus cells: at the crossroads of three roads. Immunologiya = Immunologiya, 2021, Vol. 42, no. 4, pp. 327-336. (In Russ.)Цибулькина В.Н., Цибулькин Н.А. Тучная клетка как полифункциональный элемент иммунной системы // Аллергология и иммунология в педиатрии, 2017. Т. 49, № 2. С. 4-11.Tsibulkina V.N., Tsibulkin N.A. Mast cell as a multifunctional element of the immune system. Allergologiya i immunologiya v pediatrii = Allergology and Immunology in Pediatrics, 2017, Vol. 49, no. 2, pp. 4-11. (In Russ.)Юшков Б.Г., Арташян О.С., Медведева С.Ю., Бызов И.В., Уймин М.А., Ермаков А.Е., Быкова М.Ю., Петрова И.М. Оценка биораспределения функционализированных наночастиц со структурой «магнитное ядро – углеродная оболочка» при системном способе введения // Бюллетень экспериментальной биологии и медицины, 2015. Т. 159, № 4. С. 495-499.Yushkov B.G., Artashyan O.S., Medvedeva S.Yu., Byzov I.V., Ujmin M.A., Ermakov A.E., Bykova M.Yu., Petrova I.M. Evaluation of biodistribution of functionalized magnetic core/carbon-shell nanoparticles in systemic method of administration. Byulleten eksperimentalnoy biologii i meditsiny = Bulletin of Experimental Biology and Medicine, 2015. Vol. 159, no. 4, pp. 498-501. (In Russ.)Юшков Б.Г., Черешнев В.А., Климин В.Г., Арташян О.С. Тучные клетки. Физиология и патофизиология. М.: Медицина, 2011. 237 с.Yushkov B.G., Chereshnev V.A., Klimin V.G., Artashyan O.S. Mast cells. Physiology and pathophysiology. Moscow: Meditsina, 2011. 237 p.Collington S.J., Williams T.J., Weller C.L. Mechanisms underlying the localisation of mast cells in tissues. J. Trends Immunol., 2011, Vol. 32, no. 10, pp. 478-485.Collington S.J., Williams T.J., Weller C.L. Mechanisms underlying the localisation of mast cells in tissues. J. Trends Immunol., 2011, Vol. 32, no. 10, pp. 478-485.De Filippo K., Dudeck A., Hasenberg M., Nye E., van Rooijen N., Hartmann K., Gunzer M., Roers A., Hogg N. Mast сell and Macrophage Chemokines CXCL1/CXCL2 Control the Early Stage of Neutrophil Recruitment during Tissue Inflammation. Blood, 2013, Vol. 121, no. 24, pp. 4930-4937.De Filippo K., Dudeck A., Hasenberg M., Nye E., van Rooijen N., Hartmann K., Gunzer M., Roers A., Hogg N. Mast сell and Macrophage Chemokines CXCL1/CXCL2 Control the Early Stage of Neutrophil Recruitment during Tissue Inflammation. Blood, 2013, Vol. 121, no. 24, pp. 4930-4937.Hui Y., Yi X., Hou F., Wibowo D., Zhang F., Zhao D., Gao H., Zhao C.X. Role of nanoparticle mechanical properties in cancer drug delivery. ACS Nano, 2019. Vol. 13, no. 7, pp. 7410-7424.Hui Y., Yi X., Hou F., Wibowo D., Zhang F., Zhao D., Gao H., Zhao C.X. Role of nanoparticle mechanical properties in cancer drug delivery. ACS Nano, 2019. Vol. 13, no. 7, pp. 7410-7424.Kalesnikoff J., Galli S.J. New Developments in Mast Cell Biology. Nat. Immunol., 2008, Vol. 9, pp. 1215-1223.Kalesnikoff J., Galli S.J. New Developments in Mast Cell Biology. Nat. Immunol., 2008, Vol. 9, pp. 1215-1223.Krystel-Whittemore M., Dileepan K.N., Wood J.G. Mast cell: a multifunctional master cell. Front. Immunol., 2016, Vol. 6, 620. doi: 10.3389/fimmu.2015.00620.Krystel-Whittemore M., Dileepan K.N., Wood J.G. Mast cell: a multifunctional master cell. Front. Immunol., 2016, Vol. 6, 620. doi: 10.3389/fimmu.2015.00620.Lampiasi N. Interactions between Macrophages and Mast Cells in the Female Reproductive System. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 10, pp. 5414-5439.Lampiasi N. Interactions between Macrophages and Mast Cells in the Female Reproductive System. Int. J. Mol. Sci., 2022, Vol. 23, no. 10, pp. 5414-5439.Mittal A., Sagi V., Gupta M., Gupta K. Mast cell neural interactions in health and disease. Front. Cell. Neurosci., 2019, Vol. 13, 110. doi: 10.3389/fncel.2019.00110.Mittal A., Sagi V., Gupta M., Gupta K. Mast cell neural interactions in health and disease. Front. Cell. Neurosci., 2019, Vol. 13, 110. doi: 10.3389/fncel.2019.00110.Olivera A., Beaven M. A., Metcalfe D. D. Mast cells signal their importance in health and disease. J. Allergy Clin. Immunol., 2018, Vol. 142, no. 2, pp. 381-393.Olivera A., Beaven M. A., Metcalfe D. D. Mast cells signal their importance in health and disease. J. Allergy Clin. Immunol., 2018, Vol. 142, no. 2, pp. 381-393.Siebenhaar F., Redegeld F. A., Bischoff S. C., Gibbs B.F., Maurer M. Mast cells as drivers of disease and therapeutic targets. J. Trends Immunol., 2018, Vol. 39, no. 2, pp. 151-162.Siebenhaar F., Redegeld F. A., Bischoff S. C., Gibbs B.F., Maurer M. Mast cells as drivers of disease and therapeutic targets. J. Trends Immunol., 2018, Vol. 39, no. 2, pp. 151-162.Zaman R., Hamidzada H., Kantores C., Wong А., Dick S., WangY., Momen А., Aronoff L., Lin J., Razani B., Mital S., Billia F., Lavine K., Nejat S., Epelman S. Selective loss of resident macrophage-derived insulin-like growth factor-1 abolishes adaptive cardiac growth to stress rystal. J. Immunity, 2021, Vol. 54, no. 14, pp. 2057-2071.Zaman R., Hamidzada H., Kantores C., Wong А., Dick S., WangY., Momen А., Aronoff L., Lin J., Razani B., Mital S., Billia F., Lavine K., Nejat S., Epelman S. Selective loss of resident macrophage-derived insulin-like growth factor-1 abolishes adaptive cardiac growth to stress rystal. J. Immunity, 2021, Vol. 54, no. 14, pp. 2057-2071.

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