T-regulatory cells as a target for nanoparticles in modern biomedicine

Full Text

ВВЕДЕНИЕ

Основная функция Т-регуляторных клеток (Treg, от англ. regulatory T cells) заключается в подавлении и регуляции иммунных реакций, предотвращая чрезмерную реакцию иммунной системы и атаку на собственные здоровые клетки организма (аутоиммунитет), а также поддерживая баланс иммунной системы. Treg достигают этого, активно подавляя воспаление, ингибируя активность других иммунных клеток и способствуя развитию толерантности иммунной системы к собственным антигенам [1].

Т-регуляторные лимфоциты (Treg) влияют на широкий спектр иммунных клеток, включая эффекторные Т-клетки (CD4⁺ и CD8⁺ Т-клетки), антигенпрезентирующие клетки (АПК), такие как дендритные клетки, естественные киллеры (NK) и В-клетки. Они достигают этого подавления посредством прямого контакта между клетками, секреции иммуносупрессивных цитокинов, таких как интерлейкин-10 (IL-10) и трансформирующий фактор роста β (transforming growth factor β — TGF-β), продукции цитотоксических молекул, индуцирующих апоптоз в клетках-мишенях, а также посредством нарушения метаболических процессов, таких как доступность IL-2 для других Т-клеток [2].

Treg экспрессируют CD3, CD4, CD25 и FOXP3, но лишены CD127. Маркёры CD4 и CD3 идентифицируют хелперные Т-лимфоциты, субпопуляцией которых являются Treg. CD25 представляют собой α-цепь рецептора IL-2 (IL-2Rα), важный маркёр активации, экспрессируемый в высоких концентрациях на Treg. FOXP3 — канонический фактор транскрипции, важный для развития, поддержания и идентификации Treg. Дефекты развития Treg могут приводить к воспалительным и аутоиммунным заболеваниям как у людей, так и у мышей [3]. CD127 — это рецептор для IL-7, экспрессия которого снижается по мере развития супрессорных функций Treg [4].

При анализе данных литературы обнаружено, что такие поверхностные молекулы, как CTLA-4 (cytotoxic T-lymphocyte–associated protein 4), GITR (glucocorticoid-induced TNFR-related protein) и рецептор нейропилина-1 (Nrp1) могут служить мишенями для наночастиц различной природы с целью манипулирования Treg. Так, CTLA-4 — ключевая молекула для Treg, функционирующая как белок иммунной контрольной точки, негативно регулирующий активацию общего пула Т-клеток. Рецептор GITR конститутивно экспрессируется на высоком уровне на Treg, действуя как костимулирующая молекула, способная либо ингибировать функцию Treg, либо стимулировать функцию эффекторных Т-клеток, в зависимости от контекста [5]. Nrp1 на Treg критически важен для их функционирования, стабильности и выживания, особенно в опухолевом микроокружении [6]. Другие маркёры, такие как LAP/GARP (latency-associated peptide/glycoprotein A repetitions predominant), CD39, FR4 (folate receptor 4), CD103 и CD73, также рассматриваются с точки зрения их экспрессии на различных подтипах Treg. Их наличие или отсутствие позволяет судить о функциональности Treg и статусе их активации [7]. Таким образом, Treg-клетки определяются как клетки CD4⁺/FOXP3⁺/CD127^low/CD25^high [6].

В целом Treg активно поддерживают иммунологическую трансплантационную толерантность и аутотолерантность, ингибируя само- и аллоантигенреактивные иммунные клетки. Treg играют ключевую роль в предотвращении активации и пролиферации аутореактивных Т-клеток, которым удаётся избежать элиминации в тимусе.

В биомедицине наночастица обычно определяется как частица размером от 1 до 100 нм во всех трёх направлениях (длина, ширина и высота), обладающая уникальными химическими, физическими и биологическими свойствами благодаря своему малому размеру и большому соотношению площади поверхности к объёму. Эти отличительные характеристики позволяют применять их в различных областях медицины, включая доставку лекарств, медицинскую визуализацию, доставку генов и разработку биосенсоров [8].

Применение наночастиц имеет определённые успехи в биомедицине, обеспечивая целенаправленную доставку лекарств, что повышает эффективность лечения и снижает побочные эффекты за счёт концентрации терапии на поражённых клетках [9]. Они также улучшают диагностическую визуализацию, предоставляя более чёткие и детальные изображения для раннего выявления и мониторинга, и обладают передовыми возможностями в области тканевой инженерии и регенеративной медицины. В перспективах — разработка многофункциональных наночастиц с комбинированными диагностическими и терапевтическими (тераностическими) возможностями, а также дальнейший прогресс в области персонализированной медицины [9].

Изучение влияния наночастиц на иммунную систему имеет решающее значение для разработки безопасных и эффективных методов лечения и понимания потенциальных рисков для здоровья. Наночастицы взаимодействуют с иммунной системой как полезными для терапии способами, например, усиливая иммунотерапию и вакцины, так и вредными, вызывая воспаление или иммунотоксичность. Понимание этих взаимодействий, обусловленных физическими свойствами наночастиц, позволяет исследователям разрабатывать более безопасные нанотехнологии и создавать новые стратегии лечения заболеваний [10]. Очевидно, что конструирование «эксклюзивных» для Treg наночастиц сопряжено с рядом трудностей, связанных с малочисленностью этих клеток, а также тем фактом, что это субпопуляция Т-лимфоцитов, в которой довольно мало таргетных генов или молекул.

ЦЕЛЬ

Проанализировать информацию о прямом взаимодействии Treg с наночастицами разной природы.

МЕТОДОЛОГИЯ ПОИСКА ДАННЫХ

Поиск проводили в базах данных PubMed, Scopus и Google scholar по ключевым словам «Treg», «nanoparticles», «in vitro» за 2009–2025 гг. Несмотря на то что модели совместного культивирования Treg и АПК часто используются в исследованиях, мы сфокусировались только на тех статьях, где оценивалось прямое действие наночастиц на Treg.

ДВЕ СТРАТЕГИИ МАНИПУЛИРОВАНИЯ УРОВНЕМ TREG

Повышение уровня Treg необходимо для подавления патологических иммунных реакций, особенно при аутоиммунных и хронических воспалительных заболеваниях, отторжении трансплантированных органов и некоторых стадиях прогрессирования рака. Манипуляции с Treg-клетками, особенно с аутоантигенспецифическими Treg-клетками, являются многообещающим подходом к лечению аутоиммунных заболеваний, поскольку Treg-клетки могут обеспечить преимущество антигенной специфичности без общего подавления иммунитета [11].

Нанотехнологии открывают новые возможности для индукции антигенспецифических Tregs in vivo без ограничений, связанных с манипуляцией клетками пациентов in vitro. Однако в настоящее время несколько факторов ограничивают клиническое применение подходов, основанных на наночастицах: обычно неизвестная долгосрочная токсичность используемых наноматериалов, трудности, сопряжённые с производством гомогенных препаратов нановакцин в больших масштабах, и доступность нановакцин, не зависящих от главного комплекса гистосовместимости или антигенной специфичности аутоиммунного ответа у каждого пациента. После преодоления этих ограничений толерогенные наночастицы, безусловно, откроют новые терапевтические подходы к аутоиммунитету [12].

В то же время при онкологических заболеваниях Treg-клетки инфильтрируют опухолевые ткани и подавляют противоопухолевый иммунный ответ. Секретируя иммуносупрессивные цитокины, такие как IL-10 и TGF-β, они предотвращают активацию противоопухолевых иммунных клеток. Таким образом, снижение количества и активности Treg в микроокружении опухоли может повысить способность организма бороться с раком.

При анализе литературы мы видим две основные стратегии манипулированием Treg, связанные с индукцией или подавлением дифференцировки этих клеток (рис. 1).

 

Рис. 1. Две стратегии манипулирования Treg при помощи наночастиц.

Fig. 1. Two strategies for manipulating T-regulatory cells using nanoparticles.

 

НАНОЧАСТИЦЫ В БИОМЕДИЦИНЕ

В биомедицине наночастицы подразделяются на органические, неорганические и углеродные. Типы наночастиц различаются по их химической природе. Органические наночастицы включают полимеры, липиды и белки, а неорганические — металлы, оксиды металлов, керамику и квантовые точки [13]. Углеродные наночастицы содержат такие материалы, как углеродные нанотрубки и фуллерены. В ряде случаев, в зависимости от поставленных задач, исследователи используют гибридные частицы, которые в своей структуре могут содержать разные составляющие.

Современный подход позволяет создавать наночастицы, нагруженные препаратом, и избирательно действовать на клетки-мишени, что приводит к усилению терапевтического эффекта и минимизации побочных эффектов иммунотерапии. В качестве конъюгатов лекарственных препаратов, воздействующих на Treg, разрабатываются конъюгаты антитело-лекарство, пептид-лекарство, носитель-иммунотоксин, носитель-малая интерферирующая РНК [14].

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ И TREG IN VIVO

Отслеживание Treg in vivo является технически сложной задачей и включает маркировку клеток репортёрными маркёрами и использование методов визуализации, таких как неинвазивная нанооднофотонная эмиссионная компьютерная томография (наноОФЭКТ), компьютерная томография (КТ) или позитронно-эмиссионная томография (ПЭТ) [15]. В ряде случаев применяют генную инженерию Treg-клеток для экспрессии репортёрного гена или используют радиоактивные метки для их прямого мечения [16]. Эти методы применяют для неинвазивного отслеживания миграции и локализации Treg-клеток в организме с течением времени.

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ И TREG EX VIVO

Для изучения взаимодействия наночастиц с Т-регуляторными клетками ex vivo исследователи используют преимущественно проточную цитометрию для анализа маркёров Treg, их пролиферации и функциональной активности. В 2024 году был предложен инновационный метод, основанный на рамановской спектроскопии, который позволяет обнаруживать Treg с точностью более 80% без использования специальных меток при помощи сочетания оптической детекции с машинным обучением [17]. Иммуногистохимическое исследование и профилирование иммунных клеток способствуют выявлению распределения наночастиц в организме и их колокализации с Treg в органах и тканях.

Кроме того, функциональные анализы, такие как анализ секреции цитокинов, позволяют оценить влияние наночастиц на функцию Treg-клеток [18].

МЕТОДЫ ИЗУЧЕНИЯ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НАНОЧАСТИЦ И TREG IN VITRO

Изучение влияния наночастиц на Treg in vitro проводится с использованием методов, оценивающих поглощение наночастиц, пролиферацию и активацию Treg, а также функциональные параметры — продукцию цитокинов или анализ ряда внутриклеточных факторов. Методы включают проточную цитометрию для количественной оценки интернализации наночастиц популяцией Treg, иммуноферментный анализ или анализы с использованием мультиплексных платформ для измерения цитокинового профиля, а также функциональные анализы, такие как пролиферация, апоптоз, экспрессия поверхностных молекул, оценка метаболизма клеток. Для получения точных результатов необходимо также охарактеризовать наночастицы и их поведение в клеточной среде [19].

ПРИМЕНЕНИЕ НАНОЧАСТИЦ ДЛЯ ИНДУКЦИИ TREG ИЗ Т-ЛИМФОЦИТОВ

Отдельная задача экспериментальной биомедицины заключается в индукции Treg из Т-хелперов периферической крови в системе in vitro. Стратегии включают использование наночастиц в качестве искусственных АПК для подачи необходимых сигналов (CD3/CD28) для дифференцировки Treg, инкапсуляцию цитокинов, индуцирующих Treg, таких как IL-2 и TGF-β, или доставку антигенов в толерогенном контексте для подавления ответов эффекторных Т-клеток [20]. Однако мы не анализируем данные наночастицы в обзоре, поскольку они индуцируют не только Treg.

НЕОРГАНИЧЕСКИЕ НАНОЧАСТИЦЫ И TREG

Данные о взаимодействии наночастиц с Treg представлены в табл. 1.

 

Таблица 1. Наночастицы разной природы как инструмент воздействия на Treg Table 1. Using nanoparticles of different types to influence T-regulatory cells
Характеристика наночастиц	Основные эффекты	Источник
Неорганические наночастицы
Конъюгаты AuNP-LNA-NLS	Доставка генетической информации в Treg	[21]
AuNP с покрытием PEG	Увеличение количества CD25+CD4+FOXP3+ Treg	[22]
AuNP с покрытием из PEG и серебра (AuNRs/Ag)	Не влияют на фенотип и функцию Treg	[22]
Конъюгат AuNP с IL-2 (TRIL2)	Стимуляция CD25+CD4+FOXP3+ Treg; активация сигнального пути IL2-pSTAT5	[22]
Органические наночастицы
Наночастицы PLGA	Доставка и высвобождение RA в Treg; доставка LIF в Treg	[23, 24]
иАПК из наночастиц PLGA, нагруженных IL-2 и TGF-β и покрытых анти-CD3 и анти-CD28	Увеличение количества CD4+CD25hiFOXP3+CD127- и CD8+FOXP3+ Т-клеток	[20]
MØ@LXN-NPs	Подавление дифференцировки CD4+ Т-клеток в Treg; ингибирование функции Treg в микроокружении опухоли	[25]
Карбосилановые дендримеры	Предотвращение инфицирования Treg ВИЧ-1 и подавления вирусом экспрессии FOXP3	[26]
hUCMSC-EVs	Подавление CD4+ Т-клеток; не влияют на Treg и уровень IL-10	[27]
SCAP-Exos	Стимуляция дифференцировки CD4+CD25− Т-клеток в Treg; Активация фермента Tet2, которая способствует деметилированию локуса гена Foxp3	[28]
Иммунолипосомы, составленные из DSPE-PEG750 и DSPE-PEG2000, конъюгированные с Fab'-фрагментами анти-CD25	Обеспечение стабильности и направленной доставки пептида, ингибирующего FOXP3 (P60) в Treg	[29]
Наночастицы на основе полимеров альфа-кетоглутарата и 1,10-декандиола (paKG)	Незначительное повышение активации CD44+ в популяции Treg в отсутствие воспаления; незначительное снижение количества активированных Treg в условиях воспаления	[30]
BRNP	Стимуляция дифференцировки Treg	[31]
Гибридные наночастицы
Гибридные наночастицы PLGA, модифицированные антителом к GITR и липофильным катионным красителем NIR (йодид IR-780), покрытые PLH и PEG-b-PLG	Подавление дифференцировки Treg	[32]
Гибридные наночастицы PLGA, покрытые липидной смесью из PEG-DSPE и DPPC, нагруженные пептидом tLyp1 (tLyp1-hNP)	Подавление дифференцировки Treg	[36]
SNP, состоящие из полимеров PLGA и PEG, соединенных друг с другом посредством дисульфидной связи (PLGA-S-S-PEG) и катионного липида DOTAP	Эффективная доставка аптамера CTLA-4 и siRNA PD-1 в CD4+ T-клетки	[34]
Углеродные наночастицы
Комплексные наночастицы SWCNT-PEG-GITR-L	Наночастицы интернализуются в Treg посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза и транспортируются в цитоплазму и ядро; подавление активности Treg	[37]
Примечание. Treg — регуляторные T-клетки; LNA — locked nucleic acid (модифицированная нуклеиновая кислота с фиксированным рибозным кольцом); NLS — nuclear localization signal (сигнал ядерной локализации); AuNP — gold nanoparticles (золотые наночастицы); PEG — polyethylene glycol (полиэтиленгликоль); IL — interleukin (интерлейкин); pSTAT5 — phosphorylated signal transducer and activator of transcription 5 (фосфорилированный передатчик сигнала и активатор транскрипции 5); PLGA — poly(lactic-co-glycolic acid) (сополимер молочной и гликолевой кислот); RA — retinoic acid (ретиноевая кислота); LIF — leukemia inhibitory factor (фактор ингибирования лейкемии); иАПК — искусственные антигенпрезентирующие клетки; TGF-β — transforming growth factor beta (трансформирующий фактор роста β); MØ@LXN-NPs — macrophage membrane-encapsulated latexin-loaded chitosan nanoparticles (биомиметические хитозановые наночастицы, инкапсулированные в мембраны макрофагов и нагруженные латексином); hUCMSC-EVs — human umbilical cord mesenchymal stem cell–derived extracellular vesicles (внеклеточные везикулы из мезенхимальных стволовых клеток пуповины человека); SCAP-Exos — stem cells from apical papilla–derived exosomes (экзосомы из стволовых клеток апикального сосочка); DSPE-PEG — distearoylphosphatidylethanolamine–polyethylene glycol (дистеароилфосфатидилэтаноламин–полиэтиленгликоль); Fab' — фрагмент антигенсвязывающего участка антитела; P60 — пептид, ингибирующий транскрипционный фактор FOXP3; paKG — poly(alpha-ketoglutarate) (полимер альфа-кетоглутарата); BRNP — bilirubin nanoparticles (наночастицы билирубина); GITR — glucocorticoid-induced TNFR-related protein (рецептор, индуцируемый глюкокортикоидами, относящийся к семейству рецепторов фактора некроза опухоли); NIR — near-infrared (ближний инфракрасный диапазон); PLH — poly-L-histidine (поли-L-гистидин); PEG-b-PLG — polyethylene glycol-block-poly(L-glutamic acid) [полиэтиленгликоль-блок-поли(L-глутаминовая кислота)]; PEG-DSPE — polyethylene glycol–distearoylphosphatidylethanolamine (полиэтиленгликоль-дистеароилфосфатидилэтаноламин); DPPC — dipalmitoyl-sn-glycero-3-phosphocholine (дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолин); tLyp1 — tumor-homing peptide Lyp1 (пептид, направляющийся в опухолевые ткани); SNP — spherical nucleic acid nanoparticle (сферическая нуклеотидная наночастица); DOTAP — 1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane (1,2-диолей-3-триметиламмоний-пропан); CTLA-4 — cytotoxic T-lymphocyte-associated protein 4 (цитотоксический T-лимфоцитарный антиген 4); PD-1 — programmed cell death protein 1 (белок программируемой клеточной смерти 1); SWCNT-PEG-GITR-L — single-walled carbon nanotube–PEG–GITR ligand (однослойные углеродные нанотрубки, модифицированные PEG и лигандом GITR).

 

Золото. В качестве перспективной платформы для доставки генетической информации в регуляторные Т-клетки предложены наночастицы золота. Исследования показывают, что разработанные биоконъюгаты (AuNP-LNA-NLS) эффективно поглощаются целевыми клетками, а также обеспечивают высокоэффективную доставку малых интерферирующих РНК (siRNA): в экспериментах на Treg мышей с репортёром eGFP наблюдается значительное дозозависимое подавление экспрессии гена-мишени. При этом снижение жизнеспособности клеток отмечается только при использовании частиц, несущих siRNA, в то время как сами по себе «пустые» наночастицы (без siRNA) не проявляют токсического эффекта, что свидетельствует о высокой биосовместимости предлагаемой системы доставки [21].

В другом исследовании для направленного воздействия на Treg применяли золотые наностержни (AuNRs) с различными вариантами функционализации: инкапсуляцией полиэтиленгликолем (PEG) и комбинированным покрытием, включающим PEG и тонкий (1–2 нм) слой серебра (AuNR/Ag). Показано, что обработка клеток AuNR приводит к увеличению количества CD25⁺CD4⁺FOXP3⁺ Treg, тогда как наностержни с серебряным покрытием (AuNR/Ag) подобного эффекта не оказывают. Эта динамика отмечается уже через 24 ч и сохраняется на протяжении 72 ч культивирования. Для дальнейшего изучения потенциала наностержней как платформы для доставки биологически активных молекул разработан конъюгат AuNRs с IL-2 (TRIL2). TRIL2 эффективно стимулирует CD25⁺CD4⁺FOXP3⁺ Treg и активирует сигнальный путь IL2-pSTAT5, демонстрируя сопоставимую эффективность с существенно более высокими дозами свободного IL-2. Подобный подход, основанный на использовании золотых наностержней в качестве платформы для направленной доставки цитокинов, может позволить существенно снизить их терапевтическую дозу, что открывает перспективы для преодоления дозозависимой токсичности, характерной для иммунотерапии IL-2 [22].

ОРГАНИЧЕСКИЕ НАНОЧАСТИЦЫ И TREG

PLGA. Наночастицы на основе сополимера полимолочной и гликолевой кислот [PLGA, poly(lactic-co-glycolic acid)] представляют собой универсальную платформу для доставки биологически активных соединений, модулирующих дифференцировку Т-клеток. В частности, показана возможность инкапсуляции ретиноевой кислоты (RA), способствующей переключению дифференцировки с провоспалительного пути Th17 на регуляторный Treg-фенотип. Установлено, что как свободная, так и инкапсулированная в PLGA RA дозозависимо повышает экспрессию противовоспалительного цитокина IL-10 в Treg-клетках, причём свободная форма вызывает более значительный эффект. В то же время увеличение экспрессии Foxp3 под действием как свободной RA, так и наночастиц, содержащих RA, является сопоставимым. Таким образом, использование наночастиц позволяет снизить системную токсичность и контролировать биодоступность свободной ретиноевой кислоты [23].

Наночастицы PLGA используют также для доставки фактора ингибирования лейкемии (LIF). Исследование in vitro на клеточных культурах нечеловекообразных приматов продемонстрировало, что наночастицы, нагруженные LIF, эффективно увеличивают пул Foxp3⁺-клеток в популяции Т-хелперов (CD4⁺). Важно отметить, что этот эффект обусловлен именно LIF, поскольку ненагруженные наночастицы, нацеленные на CD4, не вызывали появление FOXP3⁺-клеток [24].

В 2021 году на основе наночастиц из PLGA разработаны бесклеточные толерогенные искусственные антигенпрезентирующие клетки (иАПК). В рамках этого исследования частицы нагружали цитокинами IL-2 и TGF-β для направленного воздействия на Т-лимфоциты и покрывали антителами к CD3/CD28, обеспечивающими стимуляцию Т-клеточного рецептора. Показано, что in vitro данные конструкции эффективно увеличивают количество как CD4⁺CD25^hiFOXP3⁺CD127^-, так и CD8⁺FOXP3⁺ Т-клеток. Таким образом, наночастицы способны функционировать как полноценные бесклеточные иАПК, индуцируя Т-клетки человека с иммунорегуляторным фенотипом [20].

Хитозан. В качестве инструмента для направленной модуляции дифференцировки T-клеток предложены биомиметические хитозановые наночастицы, инкапсулированные в мембраны макрофагов и нагруженные белком латексином (MØ@LXN-NPs, macrophage membrane-coated latexin-loaded nanoparticles). Такие наночастицы эффективно поглощаются Т-клетками и значительно подавляют дифференцировку наивных CD4⁺ Т-клеток в Treg in vitro. Более того, in vivo-эксперименты подтвердили, что ингибирование функции Treg в микроокружении опухоли под действием MØ@LXN-NPs приводит к подавлению опухолевого роста [25].

Карбосилановые дендримеры. Ещё одним перспективным классом наноматериалов являются карбосилановые дендримеры. Исследования сосредоточены на их противовирусной активности, в частности, на способности предотвращать инфицирование Т-регуляторных лимфоцитов вирусом ВИЧ-1 и нивелировать влияние инфекции на экспрессию Foxp3. Важно, что катионные и анионные карбосилановые дендримеры не оказывают влияния на жизнеспособность и функциональность Treg-клеток и не приводят к значительным изменениям в экспрессии фенотипа этих клеток. Это указывает на высокую биосовместимость данных соединений и возможность их применения без ущерба для регуляторного пула лимфоцитов [26].

Экзосомы. Для регуляции аномальных иммунных реакций Т- и В-клеток при системной красной волчанке предложены внеклеточные везикулы, полученные из мезенхимальных стволовых клеток пуповины человека (hUCMSC-EVs). hUCMSC-EVS способны ингибировать Т-хелперы, а также стимулировать продукцию IL-17 и TGF-β1, но не оказывают существенного влияния на Treg и уровень IL-10 [27].

Другой механизм действия демонстрируют экзосомы, выделенные из стволовых клеток апикального сосочка (SCAP-Exos). Они способны стимулировать преобразование наивных CD4⁺CD25⁻ Т-клеток в Treg in vitro. На механистическом уровне SCAP-Exos способствуют деметилированию локуса гена Foxp3 — ключевого транскрипционного фактора для развития и функции Treg. Этот эффект опосредован активацией фермента Tet2, что обеспечивает поддержание стабильной экспрессии Foxp3 и, как следствие, стабильности всего регуляторного фенотипа [28].

Липосомы. Перспективной стратегией подавления активности Treg в опухолевом микроокружении является использование ингибирующего пептида Foxp3 — P60. Для обеспечения его стабильности и направленной доставки к Treg предложено использование платформы на основе иммунолипосом (IL, immunoliposomes), составленных из DSPE-PEG₇₅₀ или DSPE-PEG₂₀₀₀ (DSPE — дистеароилфосфатидилэтаноламин) и нацеленных на рецептор CD25. Показано, что липосомы IL-P60₇₅₀ (содержащие комбинацию DSPE-PEG₇₅₀ и DSPE-PEG₂₀₀₀) обладают значительно более высокой эффективностью поглощения Treg по сравнению с липосомами IL-P60₂₀₀₀, включающими только DSPE-PEG₂₀₀₀. Эта новая таргетная наноплатформа (IL-P60₇₅₀) эффективно подавляет пролиферацию и функциональную активность Treg человека in vitro, в то время как нецелевые липосомы не способны преодолеть ингибирующую активность Treg-клеток [29].

Альфа-кетоглутарат. В 2022 году были исследованы наночастицы на основе полимеров альфа-кетоглутарата и 1,10-декандиола (так называемые наночастицы paKG) и их способность модулировать реакции Т-клеток. В модели in vitro с использованием спленоцитов мышей с коллаген-индуцированным артритом наночастицы paKG (0,1 мг/мл) тестировались как самостоятельно, так и в комбинации с метотрексатом (1 мг/мл) — стандартным клиническим препаратом для лечения этого заболевания. Установлено, что в отсутствие воспаления наночастицы paKG с метотрексатом и без него повышают активацию (CD44⁺) в популяции противовоспалительных Treg по сравнению с одним только метотрексатом, хотя и несущественно. А в условиях индуцированного воспаления наночастицы paKG незначительно предотвращают снижение количества активированных Treg. При этом продукция IL-10 отсутствовала во всех исследованных группах. Таким образом, хотя выявленные эффекты paKG на Treg не были статистически значимыми, их изучение остаётся актуальным, учитывая ключевую роль Treg в сдерживании прогрессирования ревматоидного артрита [30].

Билирубин. Наночастицы билирубина (BRNP) активно изучаются в контексте иммунотерапии онкологических заболеваний, в частности рака лёгких. На системе совместного культивирования CD4⁺ Т-клеток и клеток карциномы лёгкого Льюиса (LLC) показано, что BRNPs способствуют дифференцировке Treg-клеток с 6,41 до 7,50% по сравнению с контрольной группой. Тем не менее необходимо дальнейшее изучение биораспределения и биодоступности наночастиц билирубина, чтобы создать основу для их применения [31].

ГИБРИДНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ

Известно, что Treg в микроокружении опухоли представляют собой серьёзное препятствие для достижения эффективной противоопухолевой иммунотерапии CD8⁺ Т-клеток. В 2018 году была представлена стратегия, основанная на фотоиммунотерапии, включающей комбинацию фототермической и фотодинамической терапии с последующим подавлением Treg-клеток с помощью послойно нагруженных гибридных наночастиц IR-780 с препаратом цитостатического действия иматинибом (IMT) [32].

Молекула GITR рассматривается как перспективная мишень в иммунотерапии рака, поскольку её активация может перепрограммировать иммуносупрессивные Treg-клетки, усиливая противоопухолевый иммунный ответ. В этой связи гидрофобный препарат IMT был загружен внутрь ядра PLGA, модифицированного антителом к GITR, в котором антитело к GITR функционировало для нацеливания на Treg-клетки. Йодид IR-780, липофильный катионный краситель NIR, используемый в качестве фотосенсибилизатора, был включён на внешнюю сторону ядра GITR-PLGA посредством электростатических взаимодействий. Для защиты фотосенсибилизатора и ядра GITR-PLGA от деградации, а также для обеспечения чувствительности к pH, использовались поли-L-гистидин (PLH) и поли(этиленгликоль)-блок-поли(L-глутаминовая кислота) (PEG-b-PLG) в качестве поликатионных и полианионных слоёв покрытия соответственно. Фототермический и фотодинамический эффекты этих наночастиц, а также их влияние на подавление супрессорной функции Treg-клеток исследованы in vitro и in vivo. In vitro ядра GITR-PLGA из многослойных гибридных наночастиц значительно снижают дифференцировку Treg-клеток до 12,0±3,0%, в то время как в контроле со свободным IMT количество Treg составляет 25,1±1,4%, что свидетельствует об усилении функции ингибирования Treg при использовании таких гибридных наночастиц. Помимо этого, исследования in vivo демонстрируют высокую аккумуляцию гибридных наночастиц в опухоли. В частности, показаны более продолжительная выживаемость, усиленное ингибирование опухоли, снижение интратуморальных Treg-клеток и повышение интратуморальных CD8⁺Т-клеток против опухоли при сочетании с блокадой контрольных точек с помощью антитела к CTLA-4. Это исследование заложило основу для репертуара лекарственных средств на основе наночастиц, предназначенных для таргетирования и модуляции функции Treg-клеток в микросреде опухоли, а также для улучшения противоопухолевой иммунотерапии [32].

Известно, что Treg экспрессируют CTLA-4 для подавления активности АПК, при этом CTLA-4 связывается с CD80 и CD86 с более высокой аффинностью, чем CD28, и действует как конкурентный ингибитор CD28 на АПК. Молекула CTLA-4 используется в качестве мишени для конъюгатов малых интерферирующих РНК (siRNA) (CTLA4apt–STAT3 siRNA, NPsiCTLA-4) [14]. В частности, разработаны гибридные наночастицы для доставки CTLA-4-siRNA в Т-клетки как in vitro, так и in vivo. Кроме того, исследования in vitro выявили способность NPsiCTLA-4 стимулировать активацию и пролиферацию Т-клеток. Прямое воздействие этой системы доставки CTLA-4 на Т-клетки изучено на мышиной модели с меланомой B16 [33]. Показано, что эти гибридные наночастицы эффективно доставляют CTLA-4-siRNA как в субпопуляции Т-хелперов (CD4⁺), так и в субпопуляции цитотоксических (CD8⁺) Т-клеток в опухолевой зоне, одновременно снижая долю ингибирующих Treg в опухолевом микроокружении [33].

Помимо этого, для усиления противоопухолевой терапии были разработаны сферические нуклеотидные наночастицы (SNP, spherical nucleic acid nanoparticles), состоящие из полимеров PLGA и PEG, соединённых друг с другом посредством дисульфидной связи (PLGA–S–S–PEG) и содержащие катионный липид 1,2-диолеоил-3-триметиламмоний-пропан (DOTAP). Эти наночастицы загружались аптамером к CTLA-4 (cSNP), siRNA к PD-1 (pSNP) или обоими агентами (гибридные SNP, hSNP). Установлено, что SNP способны эффективно доставлять нуклеотиды в CD4⁺ T-клетки; причём hSNP демонстрируют более высокую эффективность нацеливания на CTLA-4 и транспортировки аптамера CTLA-4 и siRNA PD-1 в CD4⁺ T-клетки в 1,7 раза выше, чем у pSNP и cSNP. Аптамер CTLA-4 и siRNA PD-1 в составе SNP значительно стимулируют пролиферацию Т-клеток, а комбинированные нанопрепараты с двумя блокадами вызывают синергический эффект пролиферации Т-клеток. Кроме того, результаты показали, что hSNP способны к значительно более сильному противоопухолевому иммунному ответу, чем смесь pSNP и cSNP, что, по-видимому, связано с тем, что каждая отдельная иммунная клетка при поглощении hSNP получает сигналы блокады как от CTLA-4, так и от PD-1. Дальнейшие исследования показали, что синергетические иммуностимулирующие эффекты блокад CTLA-4 и PD-1 в форме hSNP, по крайней мере частично, обусловлены регуляцией иммуносупрессивной активности Treg и расширением пула эффекторных T-клеток. Важно отметить, что этот механизм не идентичен ранее описанным механизмам блокады CTLA-4 и PD-1 при помощи антител [34]. Таким образом, данные результаты отражают появление нового аспекта применения наночастиц в биомедицине.

Nrp1 критически важен для функционирования, стабильности и выживания Treg, особенно в опухолевом микроокружении [6]. Основными лигандами для Nrp1 на Treg являются семафорин-4а (Sema4a) и фактор роста эндотелия сосудов, хотя Nrp1 также способен связывать TGF-β. Sema4a, часто секретируемый дендритными клетками, связывается с Nrp1 на Treg-клетках, усиливая их функцию и стабильность, в то время как фактор роста эндотелия сосудов может действовать как хемоаттрактант, привлекая Nrp1⁺ Treg к опухолям [35].

Ранее описаны гибридные наночастицы, в которых ядро из PLGA, содержащее IMT, было покрыто липидной смесью из PEG-дистеароилфосфатидилэтаноламина (PEG-DSPE) и 1,2-дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (DPPC). Установлено, что эти наночастицы, модифицированные пептидом tLyp1 для воздействия на рецептор Nrp1 на Treg (tLyp1-hNP), значительно снижают дифференцировку Treg до 18,0% in vitro, учитывая, что свободный IMT снижает её лишь до 24,7%. Аналогичный эффект наблюдается в имитируемом in vitro опухолевом микроокружении [36].

УГЛЕРОДНЫЕ НАНОЧАСТИЦЫ И TREG

Исследования ex vivo показывают, что углеродные наночастицы (CNP) могут напрямую воздействовать на Treg, при этом эффекты варьируют в зависимости от функционализации CNP. Хотя некоторые функционализированные CNP, например, модифицированные для воздействия на GITR, предназначены для усиления захвата Treg в иммунотерапии, точные механизмы дисфункции Treg требуют дальнейшего изучения [37].

В частности, была исследована способность к селективной интернализации углеродных однослойных нанотрубок, покрытых PEG, и нагруженных лигандами для GITR (SWCNT-PEG-GITR) в Treg, находящиеся в микроокружении опухоли. Авторы установили, что наночастицы интернализуются в Treg посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза и транспортируются в цитоплазму и ядро как ex vivo, так и in vivo, снижая функциональную активность этих клеток [37].

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, использование нанотехнологий в биомедицине открывает новые возможности для воздействия на Т-регуляторные клетки человека. В настоящее время большая часть научных работ посвящена воздействию на Т-регуляторные клетки через антигенпрезентирующие клетки, однако, как показывает анализ литературных данных, прямое воздействие наночастиц на Treg является перспективным направлением. Наночастицы, конъюгированные с антителами, РНК, пептидами и токсинами, могут быть нацелены непосредственно на поверхностные молекулы Treg (CTLA-4, GITR и Npln-1). Однако стоит отметить, что за счёт малочисленности Т-регуляторных клеток и недостатка таргетных генов и молекул конструирование «эксклюзивных» для Treg наночастиц сопряжено с рядом трудностей.

Существуют два разнонаправленных подхода к воздействию на Т-регуляторные клетки. В случае терапии аутоиммунных заболеваний или при отторжении трансплантата возможна индукция дифференцировки Treg для подавления иммунного ответа. Напротив, в опухолевом микроокружении Т-регуляторные клетки препятствуют противоопухолевому иммунному ответу, поэтому подавление их активности и дифференцировки может повысить эффективность лечения.

Для клинического применения наночастиц (в том числе с целью манипулирования Treg) необходимы комплексные исследования долгосрочной токсичности, стабильности и биосовместимости in vivo.

ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ ИНФОРМАЦИЯ

Вклад авторов. С.А. Заморина — определение концепции, визуализация, пересмотр и редактирование рукописи; К.О. Девятова — работа с данными, написание черновика рукописи; Д.И. Усанина — работа с данными, написание черновика рукописи. Все авторы одобрили рукопись (версию для публикации), а также согласились нести ответственность за все аспекты работы, гарантируя надлежащее рассмотрение и решение вопросов, связанных с точностью и добросовестностью любой её части.

Источники финансирования. Работа выполнена в рамках государственного задания «Исследование функциональной активности лейкоцитов и клеток опухолевых линий в условиях хронических инфекций и под влиянием соединений химического и биологического происхождения», номер государственной регистрации темы: 124021900006-5.

Раскрытие интересов. Авторы заявляют об отсутствии отношений, деятельности и интересов за последние три года, связанных с третьими лицами (коммерческими и некоммерческими), интересы которых могут быть затронуты содержанием статьи.

Оригинальность. При создании настоящей работы авторы не использовали ранее опубликованные сведения (текст, иллюстрации, данные).

Доступ к данным. Редакционная политика в отношении совместного использования данных к настоящей работе не применима, новые данные не собирали и не создавали.

Генеративный искусственный интеллект. При создании настоящей статьи технологии генеративного искусственного интеллекта не использовали.

Рассмотрение и рецензирование. Настоящая работа подана в журнал в инициативном порядке и рассмотрена по обычной процедуре. В рецензировании участвовал один внешний рецензент и один член редакционного совета.

ADDITIONAL INFORMATION

Author contributions: S.A. Zamorina: conceptualization, visualization, writing—review & editing; K.O. Devyatova: data curation, writing—original draft; D.I. Usanina: data curation, writing—original draft. All the authors approved the manuscript and also agreed to be accountable for all aspects of the work, ensuring appropriate consideration and resolution of questions related to the accuracy and integrity of any part of it.

Funding Sources: The work was part of the state assignment “Study of the functional activity of leukocytes and tumor cell lines under conditions of chronic infections and under the influence of compounds of chemical and biological origin,” (state registration number: 124021900006-5).

Disclosure of interests: The authors have no relationships, activities, or interests for the last three years related to for-profit or not-for-profit third parties whose interests may be affected by the content of the article.

Statement of originality: No previously obtained or published material (text, images, or data) was used in this wok.

Data availability statement: The editorial policy regarding data sharing does not apply to this work, as no new data was collected or created.

Generative AI: No generative artificial intelligence technologies were used to prepare this article.

Provenance and peer-review:. This article was submitted unsolicited and reviewed following the fast-track procedure. The peer-review process involved an external reviewer and a member of the Editorial Council.

About the authors

Svetlana A. Zamorina

Perm State National Research University; Perm Federal Research Center Ural Branch Russian Academy Sciences

Author for correspondence.
Email: zamorina.sa@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6474-1487
SPIN-code: 3579-1451

Dr. Sci. (Biology), Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Perm; Perm

Kseniya O. Devyatova

Perm State National Research University

Email: xdevyatova@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-3879-1879
Russian Federation, Perm

Darya I. Usanina

Perm State National Research University; Perm Federal Research Center Ural Branch Russian Academy Sciences

Email: usanina_d@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0436-0890
SPIN-code: 1225-0890

Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences

Russian Federation, Perm; Perm

References

Supplementary files