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

全文:

Введение

Основная функция Т-регуляторных клеток (Treg) заключается в подавлении и регуляции иммунных реакций, предотвращая чрезмерную реакцию иммунной системы и атаку на собственные здоровые клетки организма (аутоиммунитет) и 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 IL-10 и 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. CD4 и CD3 идентифицируют хелперные Т-лимфоциты, субпопуляцией которых являются Treg. CD25 – это IL-2Rα, важный маркер активации, который экспрессируется 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 было обнаружено, что такие поверхностные молекулы, как CTLA-4, GITR и Nrp1 могут быть мишенями для наночастиц различной природы с целью манипулирования Treg. Так, CTLA-4 – важная молекула для Treg и функционирует как белок иммунной контрольной точки, который негативно регулирует активацию общего пула Т-клеток. Рецептор GITR конститутивно экспрессируется на высоком уровне на Treg, действуя как костимулирующая молекула, которая может либо ингибировать функцию Treg, либо стимулировать функцию эффекторных Т-клеток, в зависимости от контекста [5]. Рецептор нейропилина-1 (Nrp1) на Treg критически важен для их функционирования, стабильности и выживания, особенно в опухолевом микроокружении [6]. Другие маркеры, такие как LAP/GARP, CD39, FR4, CD103 и CD73, также рассматриваются с точки зрения их экспрессии на различных подтипах Treg, при этом их наличие или отсутствие даёт представление о функциональности Treg и статусе 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 удается избежать элиминации в тимусе.

В биомедицине наночастица обычно определяется как частица размером от 1 до 100 нанометров 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 определенные 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.

Целью обзора является анализ информации о прямом взаимодействии Treg с наночастицами разной природы. Поиск осуществлялся в базах данных Pubmed/Scopus/Google scholar, по ключевым словам: Treg+nanoparticles+in vitro за 2009-2025 гг. Невзирая 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, связанные с производством гомогенных препаратов нановакцин в больших масштабах и доступность нановакцин, не ограниченных MHC или антигенной специфичностью 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. 

В целом, при анализе литературы мы видим две основные стратегии манипулированием Treg, связанные с индукцией или подавлением дифференцировки этих клеток (Рис.1).

 

Рисунок 1. Две стратегии манипулирования Treg при помощи наночастиц

 

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 включают 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

Для изучения эффектов наночастиц на Т-регуляторных клетках in vivo исследователи используют преимущественно проточную цитометрию для анализа маркеров Treg, их пролиферации и функциональной активности. Магнитно-резонансная томография позволяет неинвазивно отслеживать Т-клетки, меченные наночастицами, in vivo, а гистологическое исследование и профилирование иммунных клеток позволяют выявить распределение наночастиц в организме. Кроме того, функциональные анализы, такие как анализ секреции цитокинов, позволяют оценить влияние наночастиц на функцию Treg-клеток [15].

Методы изучения взаимодействия наночастиц и Treg in vitro

Изучить влияние наночастиц на Treg in vitro можно используя методы, которые оценивают поглощение наночастиц, пролиферацию и активацию Treg, а также функциональные параметры, такие как продукция 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 [16].

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 [17]. Однако, мы не анализирует данные наночастицы в обзоре, поскольку они индуцируют не только Treg.

Неорганические наночастицы и Treg

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 [18].

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 часа и сохраняется на протяжении 72 часов 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 [19].

Органические наночастицы и Treg

PLGA. Наночастицы на основе сополимера полимолочной и гликолевой кислот (PLGA) 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, причем 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 [20].

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 [21].

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 [17].

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). 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 [22].

Карбосилановые дендримеры. Еще 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 [23].

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 игибировать Т-хелперы, а так же стимулировать продукцию интерлейкина IL-17 и TGF-β1, но не оказывают существенного влияния на Treg и уровень IL-10 [24].

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 [25].

Липосомы. Перспективной стратегией подавления активности Treg в опухолевом микроокружении является использование ингибирующего пептида Foxp3 – P60. Для обеспечения его стабильности и направленной доставки в Treg предложено использование платформы на основе иммунолипосом (IL), составленных из DSPE-PEG₇₅₀ или DSPE-PEG₂₀₀₀ и нацеленных на рецептор CD25. Показано, что IL-P60₇₅₀ (комбинируют DSPE-PEG₇₅₀ и DSPE-PEG₂₀₀₀), в сравнении с IL-P60₂₀₀₀ (только DSPE-PEG₂₀₀₀) обладают значительно более высокой эффективностью поглощения Treg. 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 [26].

Альфа-кетоглутарат. В 2022 г. 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 не существенно. 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 остается актуальным, учитывая ключевую роль Treg в сдерживании прогрессирования ревматоидного артрита [27].

Билирубин. Наночастицы билирубина (BRNP) активно изучаются в контексте иммунотерапии онкологических заболеваний, в частности, рака легких. На системе совместного культивирования CD4⁺ Т-клеток и клеток карциномы легкого 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 [28].

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) [29].

 Молекула GITR может стать важной мишенью в иммунотерапии рака, с учетом того факта, что активация GITR может перепрограммировать иммуносупрессивные Treg-клетки, что приводит к усилению противоопухолевого иммунитета. 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 включен на внешнюю сторону ядра GITR-PLGA посредством электростатических взаимодействий. Для защиты фотосенсибилизатора и ядра GITR-PLGA от деградации и для достижения чувствительности к pH, поли-L-гистидин (PLH) и поли(этиленгликоль)-блок-поли(L-глутаминовая кислота) (PEG-b-PLG) были использованы в качестве поликатионных и полианионных слоев покрытия. 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 [29].

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 [30]. 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 [30]. 

Помимо этого, для усиления противоопухолевой терапии были разработаны сферические нуклеотидные наночастицы (SNP), состоящие из полимеров PLGA и PEG, соединенных друг с другом посредством дисульфидной связи (PLGA-S-S-PEG) и катионного липида 1,2-диолей-3-триметиламмоний-пропана (DOTAP), нагруженные аптамером CTLA-4 (cSNP), siRNA PD-1 (pSNP) или обоими (гибридные SNP, или hSNP). Установлено, что SNPs способны эффективно доставлять нуклеотиды в CD4⁺ T-клетки, причем hSNPs обладают способностью нацеливаться на CTLA-4 и могут переносить аптамер CTLA-4 и миРНК PD-1 в CD4⁺ T-клетки в 1,7 раза эффективнее, чем pSNPs и cSNPs. Сами же аптамер CTLA-4 и миРНК PD-1 в SNP могут значительно стимулировать пролиферацию Т-клеток, а комбинированные нанопрепараты с двумя блокадами могут вызывать синергический эффект пролиферации Т-клеток. Кроме того, результаты показали, что hSNP могут способствовать значительно более сильному противоопухолевому иммунному ответу, чем смесь pSNP и cSNP (pSNP и cSNP). По-видимому, это связано с тем, что все отдельные иммунные клетки могут получать сигнал блокады как от CTLA-4, так и от PD-1 при поглощении hSNP. Дальнейшие исследования показали, что синергетические иммуностимулирующие эффекты блокад CTLA-4 и PD-1 в форме hSNP, по крайней мере частично, были обусловлены регуляцией иммуносупрессивной функции как Treg, и расширением пула эффекторных T-клеток. Важно, что этот механизм не идентичен ранее описанным механизмам блокады CTLA-4 и PD-1 при помощи антител [31]. В целом, мы видимо совершенно новый аспект применения наночастиц в биомедицине.

Рецептор нейропилина-1 (Nrp1) на Treg критически важен для их функционирования, стабильности и выживания, особенно в опухолевом микроокружении [6]. Основными лигандами для Nrp1 на Treg являются Семафорин-4а (Sema4a) и фактор роста эндотелия сосудов (VEGF), хотя Nrp1 также может также связывать TGF-β. Sema4a, часто секретируемый дендритными клетками (ДК), связывается с Nrp1 на Treg-клетках, усиливая их функцию и стабильность, в то время как VEGF может действовать как хемоаттрактант, привлекая Nrp1⁺ Treg к опухолям [32].

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 ее лишь до 24,7%. Аналогичный эффект наблюдается в имитируемом in vitro опухолевом микроокружении [33].

Углеродные наночастицы и Treg

Исследования ex vivo показывают, что углеродные наночастицы (CNP) могут напрямую воздействовать на Treg, при этом эффекты варьируются 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 [34].

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 [34].

 

 

                                                                                                         

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

            Таблица 1

Наночастицы разной природы как инструмент воздействия на Treg

 

№	Характеристика наночастиц	Основные эффекты	Ссылка
Неорганические наночастицы
1	Конъюгаты золотых наночастиц-олигонуклеотидов (LNA) -пептидов (NLS) (AuNP-LNA-NLS)	Доставка генетической информации в Treg	[18]
2	Золотые наностержни (AuNRs) с покрытием PEG	Увеличение количества CD25+CD4+FOXP3+ Treg	[19]
3	AuNRs с покрытием из PEG и серебра (AuNRs /Ag)	Не влияют на фенотип и функцию Treg	[19]
4	Конъюгат AuNRs с IL-2 (TRIL2)	Стимуляция CD25+CD4+FOXP3+ Treg; активация сигнального пути IL2-pSTAT5	[19]
Органические наночастицы
5	Наночастицы PLGA	Доставка и высвобождение ретиноевой кислоты (RA) в Treg; доставка фактора ингибирования лейкемии (LIF) в Treg	[20, 21]
6	Искусственные антигенпрезентирующие клетки (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	[17]
7	Биомиметические хитозановые наночастицы, инкапсулированные в мембраны макрофагов и нагруженные белком латексином (MØ@LXN-NPs)	Подавление дифференцировки CD4+ Т-клеток в Treg; ингибирование функции Treg в микроокружении опухоли	[22]
8	Карбосилановые дендримеры	Предотвращение инфицирования Treg ВИЧ-1 и подавления вирусом экспрессии FOXP3	[23]
9	Экзосомы, выделенные из мезенхимальных стволовых клеток пуповины человека (hUCMSC-EVs)	Подавление CD4+ Т-клеток; не влияют на Treg и уровень IL-10	[24]
10	Экзосомы, выделенные из стволовых клеток апикального сосочка (SCAP-Exos)	Стимуляция дифференцировки CD4+CD25-  Т-клеток в Treg; Активация фермента Tet2, которая способствует деметилированию локуса гена Foxp3	[25]
11	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	[26]
12	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 воспалении	[27]
13	Наночастицы билирубина (BRNP)	Стимуляция дифференцировки Treg	[28]
Гибридные наночастицы
14	Гибридные наночастицы PLGA, модифицированные антителом к ​​GITR и липофильным катионным красителем NIR (Йодид IR-780), покрытые поли-L-гистидином (PLH) и поли(этиленгликоль)-блок-поли(L-глутаминовой кислотой) (PEG- b -PLG)	Подавление дифференцировки Treg	[29]
15	Гибридные наночастицы PLGA, покрытые липидной смесью из PEG-дистеароилфосфатидилэтаноламина (PEG-DSPE) и 1,2-дипальмитоил-sn-глицеро-3-фосфохолина (DPPC), нагруженные пептидом tLyp1 (tLyp1-hNP)	Подавление дифференцировки Treg	[33]
16	Cферические нуклеотидные наночастицы (SNP), состоящие из полимеров PLGA и PEG, соединенных друг с другом посредством дисульфидной связи (PLGA-S-S-PEG) и катионного липида 1,2-диолей-3-триметиламмоний-пропана (DOTAP)	Эффективная доставка аптамера CTLA-4 и миРНК PD-1 в CD4+ T-клетки	[31]
Углеродные наночастицы
17	Комплексные наночастицы SWCNT-PEG-GITR-L (модифицированные PEG однослойные углеродные нанотрубки + лиганд GITR)	Наночастицы интернализуются в Treg посредством рецептор-опосредованного эндоцитоза и транспортируются в цитоплазму и ядро, подавление активности Treg	[34]

 

 

 

 

 

 

 

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.

 

 

Список сокращений /Abbreviations

АПК – антигенпрезентирующие клетки

CD – кластер дифференцировки (cluster of differentiation)

CTLA-4 – гликопротеин цитотоксических T-лимфоцитов 4 (cytotoxic T-lymphocyte-associated antigen 4)

GITR – глюкокортикоид-индуцированный рецептор фактора некроза опухолей (glucocorticoid-induced tumour-necrosis-factor-receptor-related protein)

IL-10 – интерлейкин 10 (Interleukin-10)

IMT – иматиниб

MHC – главный комплекс гистосовместимости (major histocompatibility complex)

NP – наночастицы (nanoparticles)

PEG – полиэтиленгликоль (Polyethylene glycol)

PLGA – поли(молочно- гликолевая ) кислота  (poly(lactic-co-glycolic) acid)

siRNA – малые интерферирующие РНК (small interfering RNA)

TGF-β – трансформирующий фактор роста бета (transforming growth factor beta)

Th17 – Т-хелперы 17 (T helper 17 cells)

Treg – регуляторные Т-клетки (regulatory T-Cells)

VEGF – фактор роста эндотелия сосудов (vascular endothelial growth factor)

作者简介

Svetlana Zamorina

Пермский государственный национальный исследовательский университет, Пермь, Россия;
Институт экологии и генетики микроорганизмов Уральского отделения Российской академии наук — филиал Пермского федерального исследовательского центра Уральского отделения Российской академии наук, Пермь, Россия

Email: zamorina.sa@gmail.com
ORCID iD: 0000-0002-6474-1487

Д.б.н., ведущий научный сотрудник лаборатории клеточной иммунологии и нанобиотехнологии.

俄罗斯联邦

Ksenia Devyatova

Perm National Research University, Perm, Russia

Email: xdevyatova@gmail.com
ORCID iD: 0009-0008-3879-1879

студент кафедры микробиологии и иммунологии биологического факультета ПГНИУ

Perm, Bukireva, 15

Daria Usanina

Perm National Research University, Perm, Russia;
Institute of Ecology and Genetics of Microorganisms, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences – branch of the Perm Federal Research Center, Ural Branch of the Russian Academy of Sciences, Perm, Russia

编辑信件的主要联系方式.
Email: usanina_d@mail.ru
ORCID iD: 0000-0003-0436-0890

аспирант ПГНИУ, м.н.с. ИЭГМ УрО РАН

俄罗斯联邦

参考

补充文件