ОЦЕНКА ВЛИЯНИЯ КУКУРБИТУРИЛОВ НА МОНОЦИТЫ И NK-КЛЕТКИ ЗДОРОВЫХ ДОНОРОВ

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. 

1. Alam A., Saxena R.K. Natural killer cells interaction with carbon nanoparticles. In: natural killer cells. InTech., 2017, pp. 139-160.

2. 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.

3. 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.

4. 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.

5. 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.

6. 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.

7. 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.

8. 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.

9. 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.

10. 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.

11. 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.

12. 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.

13. 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.

14. 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.