Особенности гуморального иммунного ответа при использовании белка, иммобилизованного на поверхности нано- и микрочастиц на основе поли(молочной кислоты)

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Исследование направлено на оценку влияния состава и размера микро- и наночастиц (МЧ, НЧ) на иммуногенность связанного с ними белкового антигена. Для сравнительного анализа были получены МЧ и НЧ на основе поли(молочной кислоты) (ПМК) и блок-сополимера поли(этиленгликоля) с поли(молочной кислотой) (ПЭГ-б-ПМК). Для ковалентной модификации всех типов полимерных частиц был использован рекомбинантный белок слияния бета2-микроглобулин человека с зеленым флуоресцентным белком Superfolder (β2M-sfGFP). Иммобилизация модельного белка β2M-sfGFP проведена на поверхности частиц за счет реакции активированных сложных эфиров с аминогруппами белка. Иммунизация мышей с использованием комплексного антигена (белок β2M-sfGFP, иммобилизованный на поверхности МЧ и НЧ разных составов) проводилась в четыре этапа. Иммуногенность оценивалась по уровню специфических антител к sfGFP с помощью иммуноферментного анализа. Результаты показали значительное увеличение уровня антител в контрольных группах, которые были иммунизированы смесью модельного белка и частиц разной природы и размеров, по сравнению с опытными группами, которые были иммунизированы конъюгатами соответствующих частиц с модельным белком. В опытных группах наибольшее количество специфических антител было выявлено в случае иммунизации мышей конъюгатом белка и НЧ на основе ПМК или ПЭГ-б-ПМК. Введение блока ПЭГ в состав ПМК не оказало существенного влияния на иммуногенность белка, в то время как размер частиц имел существенное значение. НЧ на основе ПМК или ПЭГ-б-ПМК демонстрировали более высокую иммуногенность по сравнению с МЧ таких же составов, что может быть использовано в практических целях для разработки вакцин (НЧ-белок) или “систем-ловушек” (МЧ-белок), связывающих проникшие в организм вирусы.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Р. Г. Сахабеев

Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет)

Автор, ответственный за переписку.
Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Д. С. Поляков

Институт экспериментальной медицины

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. С. Синицына

Институт высокомолекулярных соединений РАН

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. А. Коржиков-Влах

Институт высокомолекулярных соединений РАН; Санкт-Петербургский государственный университет

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург; Санкт-Петербург

И. О. Багаева

Санкт-Петербургский государственный университет

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Е. Г. Коржикова-Влах

Институт высокомолекулярных соединений РАН

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Т. П. Сесь

Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. акад. И.П. Павлова

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

В. С. Терешина

Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет)

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

М. М. Шавловский

Институт экспериментальной медицины

Email: helm505@mail.ru
Россия, Санкт-Петербург

Список литературы

  1. Basinska T, Gadzinowski M, Mickiewicz D, Slomkowski S (2021) Functionalized Particles Designed for Targeted Delivery. Polymers (Basel) 13:2022. https://doi.org/10.3390/polym13122022
  2. Kaba SA, Brando C, Guo Q, Mittelholzer C, Raman S, Tropel D, Aebi U, Burkhard P, Lanar DE (2009) A Nonadjuvanted Polypeptide Nanoparticle Vaccine Confers Long-Lasting Protection against Rodent Malaria. J Immunol 183:7268–7277. https://doi.org/10.4049/jimmunol.0901957
  3. Cappellano G, Abreu H, Casale C, Dianzani U, Chiocchetti (2021) Nano-Microparticle Platforms in Developing Next-Generation Vaccines. Vaccines 9:606. https://doi.org/10.3390/vaccines9060606
  4. Polyakov D, Sinitsyna E, Grudinina N, Antipchik M, Sakhabeev R, Korzhikov-Vlakh V, Shavlovsky M, Korzhikova-vlakh E, Tennikova T (2021) Polymer Particles Bearing Recombinant LEL CD81 as Trapping Systems for Hepatitis C Virus. Pharmaceutics 13: 672. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics1305067
  5. Guryanov I, Cipriani S, Fiorucci S, Zashikhina N, Marchianò S, Scarpelli P, Korzhikov-Vlakh V, Popova E, Korzhikova-Vlakh E, Biondi B, Formaggio F, Tennikova T (2017) Nanotraps with biomimetic surface as decoys for chemokines. Nanomedicine Nanotechnology, Biol Med 13:2575–2585. https://doi.org/10.1016/j.nano.2017.07.006
  6. Bajracharya R, Song JG, Patil BR, Lee SH, Noh H-M, Kim D-H, Kim G-L, Seo S-H, Park J-W, Jeong SH, Lee CH, Han H-K (2022) Functional ligands for improving anticancer drug therapy: current status and applications to drug delivery systems. Drug Deliv 29:1959–1970. https://doi.org//10.1080/10717544.2022.2089296
  7. Islam Y, Leach AG, Smith J, Pluchino S, Coxonl CR, Sivakumaran M, Downing J, Fatokun AA, Teixidò M, Ehtezazi T (2020) Peptide based drug delivery systems to the brain. Nano Express 1:012002. https://doi.org/10.1088/2632-959X/ab9008
  8. Sinyakov MS, Dror M, Lublin-Tennenbaum T, Salzberg S, Margel S, Avtalion RR (2006) Nano- and microparticles as adjuvants in vaccine design: Success and failure is related to host natural antibodies. Vaccine 24:6534–6541. https://doi.org/10.1016/j.vaccine.2006.06.021
  9. Jiskoot W, van Schie RMF, Carstens MG, Schellekens H (2009) Immunological Risk of Injectable Drug Delivery Systems. Pharm Res 26:1303–1314. https://doi.org/10.1007/s11095-009-9855-9
  10. Alqahtani MS, Syed R, Alshehri M (2020) Size-Dependent Phagocytic Uptake and Immunogenicity of Gliadin Nanoparticles. Polymers (Basel) 12:2576. https://doi.org/10.3390/polym12112576
  11. Baranov M V., Kumar M, Sacanna S, Thutupalli S, van den Bogaart G (2021) Modulation of Immune Responses by Particle Size and Shape. Front Immunol 11:607945. https://doi.org/10.3389/fimmu.2020.607945
  12. Ulery BD, Nair LS, Laurencin CT (2011) Biomedical applications of biodegradable polymers. J Polym Sci Part B Polym Phys 49:832–864. https://doi.org/10.1002/polb.22259
  13. Seyednejad H, Ghassemi AH, Van Nostrum CF, Vermonden T, Hennink WE (2011) Functional aliphatic polyesters for biomedical and pharmaceutical applications. J Control Release 152:168–176. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2010.12.016
  14. Lee D, Rejinold N, Jeong S, Kim Y-C (2018) Stimuli-Responsive Polypeptides for Biomedical Applications. Polymers (Basel) 10:830. https://doi.org/10.3390/polym10080830
  15. Farasati Far B, Naimi-Jamal MR, Safaei M, Zarei K, Moradi M, Yazdani Nezhad H (2022) A Review on Biomedical Application of Polysaccharide-Based Hydrogels with a Focus on Drug Delivery Systems. Polymers (Basel) 14:5432. https://doi.org/10.3390/polym14245432
  16. Butcher NJ, Mortimer GM, Minchin RF (2016) Unravelling the stealth effect. Nat Nanotechnol 11:310–311. https://doi.org/10.1038/nnano.2016.6
  17. Suk JS, Xu Q, Kim N, Hanes J, Ensign LM (2016) PEGylation as a strategy for improving nanoparticle-based drug and gene delivery. Adv Drug Deliv Rev 99(Pt A):28–51. https://doi.org/10.1016/j.addr.2015.09.012.
  18. Romberg B, Metselaar J, Baranyi L, Snel C, Bunger R, Hennink W, Szebeni J, Storm G (2007) Poly(amino acid)s: Promising enzymatically degradable stealth coatings for liposomes. Int J Pharm 331:186–189. https://doi.org/10.1016/j.ijpharm.2006.11.018
  19. Wang Yan, Wen Qu, Choi H Stephanie (2016) FDA’s Regulatory Science Program for Generic PLA/ PLGA-Based Drug Products. Am Pharm Rev June 15:188841.
  20. Elmowafy EM, Tiboni M, Soliman ME (2019) Biocompatibility, biodegradation and biomedical applications of poly(lactic acid)/poly(lactic-co-glycolic acid) micro and nanoparticles. J Pharm Investig 2019 494 49:347–380. https://doi.org/10.1007/s40005-019-00439-x
  21. Sinitsyna E, Bagaeva I, Gandalipov E, Fedotova E, Korzhikov-Vlakh V, Tennikova T, Korzhikova-Vlakh E (2022) Nanomedicines Bearing an Alkylating Cytostatic Drug from the Group of 1,3,5-Triazine Derivatives: Development and Characterization. Pharmaceutics 14:2506. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14112506
  22. Korzhikov-Vlakh V, Averianov I, Sinitsyna E, Nashchekina Y, Polyakov D, Guryanov I, Lavrentieva A, Raddatz L, Korzhikova-Vlakh E, Scheper T, Tennikova T (2018) Novel Pathway for Efficient Covalent Modification of Polyester Materials of Different Design to Prepare Biomimetic Surfaces. Polymers (Basel) 10:1299. https://doi.org/10.3390/polym10121299
  23. Solovyov KV., Polyakov DS, Grudinina NA, Egorov V V., Morozova I V., Aleynikova TD, Shavlovsky MM (2011) Expression in E. coli and purification of the fibrillogenic fusion proteins ttr-sfgfp and β2M-sfGFP. Prep Biochem Biotechnol 41:337–349. https://doi.org/10.1080/10826068.2010.548433
  24. Polyakov DS, Antimonova OI, Sakhabeev RG, Grudinina NA, Khodova AE, Sinitsyna ES, Korzhikov-Vlakh VA, Tennikova TB, Shavlovsky M (2017) Poly(lactic acid) nanoparticles influence on immunogenicity of the protein bound with them. Russ J Infect Immun 7: 123–129. https://doi.org/10.15789/2220-7619-2017-2-123-129.
  25. Сахабеев РГ, Поляков ДС, Грудинина НА, Антимонова ОИ, Коржиков-Влах ВА, Аликпарова ЭР, Синицына ЕС, Шавловский ММ (2023) Фагоцитоз иммунными клетками полимерных микрочастиц, модифицированных белками. Цитология 65:376–383. [Sakhabeev RG, Polyakov DS, Grudinina NA, Antimonova OI, Korzhikov-Vlakh VA, Alikparova ER, Sinitsyna ES, Shavlovsky MM (2023) Phagocytosis of protein-modified polymer microparticles by immune cells. Cytology 65:376–383. (In Russ)]. https://doi.org/10.31857/S0041377123040119
  26. Сахабеев РГ, Поляков ДС, Грудинина НА, Вишня АА, Козловская АА, Синицына ЕС, Коржиков-Влах ВА, Тенникова ТБ, Шавловский ММ (2019) Гуморальный иммунный ответ на антиген, иммобилизованный на наночастицах из сополимера поли(молочной кислоты) и полиэтиленгликоля. Мол мед 17:32–36. [Sakhabeev RG, Polyakov DS, Grudinina NA, Vishnya AA, Kozlovskaia AA, Sinitsyna ES, Korzhikov-Vlakh VA, Tennikova TB, Shavlovsky MM (2019) The humoral immune response to the antigen immobilized on nanoparticles of copolymer of polylactic acid and polyethylene glycol. Mol med 17:32–36. (In Russ)]. https://doi.org/10.29296/24999490-2019-03-06
  27. Сахабеев РГ, Поляков ДС, Гошина АД, Вишня АА, Кудрявцев ИВ, Синицына ЕС, Коржиков-Влах ВА, Тенникова ТБ, Шавловский ММ (2021) Усиление специфического Т-клеточного иммунного ответа при иммобилизации антигена на микро- и наночастицах. Инф иммун 11(4):777–783. [Sakhabeev RG, Polyakov DS, Goshina AD, Vishnya AA, Kudryavtsev IV, Sinitcina ES, Korzhikov-Vlakh VА, Tennikova TB, Shavlovsky MM (2021) Enhancing the specific T cell immune response against micro- and nanoparticle immobilized antigen. Russ J Infect Immun 11(4):777–783. (In Russ)]. https://doi.org/10.15789/2220-7619-ETS-1374

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема эксперимента по изучению иммуногенности белка β2М-sfGFP в составе комплексных антигенов с НЧ и МЧ на основе ПМК и ПЭГ-б-ПМК.

Скачать (186KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Тенденции в изменении уровня специфических антител против модельного белка в сыворотках крови мышей, иммунизированных антигенами различного состава и размера (оптические плотности растворов внутри каждого срока измерены при одинаковом разведении сывороток крови).

Скачать (139KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Оценка относительного содержания специфических антител после введения антигена, находящегося на поверхности микро- и наночастиц на основе поли(молочной кислоты) во всех четырех иммунизациях. Данные представлены в виде средних значений с доверительными интервалами. ● – Конъюгат белка с НЧ ПМК; ▲ – Смесь белка с НЧ ПМК; ■ – Конъюгат белка с МЧ ПМК; + – Смесь белка МЧ ПМК.

Скачать (73KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024