Phagocytosis of Protein-Modified Polymer Microparticles by Immune Cells

R. G. Sakhabeev; Сахабеев Р. Г.; D. S. Polyakov; Поляков Д. С.; N. A. Grudinina; Грудинина Н. А.; O. I. Antimonova; Антимонова О. И.; V. A. Korzhikov-Vlakh; Коржиков-Влах В. А.; E. R. Alikparova; Аликпарова Э. Р.; E. S. Sinitsyna; Синицына Е. С.; M. M. Shavlovsky; Шавловский М. М.

doi:10.31857/S0041377123040119

Фагоцитоз иммунными клетками полимерных микрочастиц, модифицированных белками

Авторы: Сахабеев Р.Г.¹^,2, Поляков Д.С.², Грудинина Н.А.², Антимонова О.И.², Коржиков-Влах В.А.³, Аликпарова Э.Р.³, Синицына Е.С.³^,4, Шавловский М.М.²
Учреждения:
1. Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет)
2. Институт экспериментальной медицины
3. Санкт-Петербургский государственный университет, Институт химии
4. Институт высокомолекулярных соединений РАН
Выпуск: Том 65, № 4 (2023)
Страницы: 376-383
Раздел: Статьи
URL: https://journal-vniispk.ru/0041-3771/article/view/140078
DOI: https://doi.org/10.31857/S0041377123040119
EDN: https://elibrary.ru/ZLIPYJ
ID: 140078

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

В работе изучали способность трех модельных зеленых белков ковалентно связываться с микрочастицами (МЧ) на основе поли(D,L-молочной кислоты) (ПМК). Зеленый флуоресцентный белок (sfGFP), рекомбинантный белок слияния бета2-микроглобулина человека (β2M) с sfGFP (β2M-sfGFP), а также рекомбинантный белок слияния амилина человека (IAPP) с sfGFP (IAPP-sfGFP) выделяли методом аффинной хроматографии. Для формирования МЧ-ПМК использовали метод двойной эмульсии. Модификацию МЧ-ПМК белком подтверждали при помощи лазерной сканирующей микроскопии (ЛСМ). Кроме того, при помощи ЛСМ исследовали фагоцитоз МЧ-ПМК, модифицированных различными белками, и свободных модельных белков макрофагами. Было показано, что рекомбинантный sfGFP связывается с поверхностью частиц в меньших количествах по сравнению с β2M-sfGFP и IAPP-sfGFP. По-видимому, это обусловлено тем, что аминогруппы белка, которые потенциально могли бы вступить в реакцию с активированными карбоксильными группами на поверхности частиц, оказываются стерически недоступными для этой реакции из-за структуры sfGFP. Белки β2M и IAPP в составе соответствующих рекомбинантных белков слияния являются спейсерными структурами между поверхностью сферических частиц и sfGFP. Установлено, что увеличение соотношения белок : частицы в три раза не приводило к повышению количества связанного белка на единицу массы частиц, что может свидетельствовать о том, что количество белка, которое может быть связано на единицу массы частиц, ограничивается емкостью самих частиц. Изучение фагоцитоза модифицированных белками МЧ-ПМК показало, что МЧ-ПМК, содержащие на поверхности модельные белки (β2M-sfGFP и IAPP-sfGFP), успешно фагоцитируются макрофагами и, таким образом, могут способствовать активации клеточного иммунного ответа, что важно при борьбе с различными инфекциями, в том числе вирусными. Кроме того, в работе был показан фагоцитоз модельных белков (β2M-sfGFP, IAPP-sfGFP). Это может быть связано с тем, что как β2M, так и IAPP являются амилоидогенными и склонными к агрегации белками. По всей видимости, агрегаты этих белков тоже способны поглощаться макрофагами благодаря увеличению размера по сравнению с их мономерными формами.

Ключевые слова

микрочастицы, поли(молочная кислота), иммобилизация белка, зеленый флуоресцентный белок, фагоцитоз

Список литературы

Антимонова О.И., Грудинина Н.А., Поляков Д.С., Шавловский М.М. 2016. Белок слияния амилина человека с зеленым флуоресцентным белком “Superfolder.” Естественные и мат. науки в совр. мире. Т. 4. № 39. С. 15. (Antimonova O.I., Grudinina N.A., Polyakov D.S., Shavlovskij M.M. 2016. Belok sliyaniya amilina cheloveka s zelenym fluorescentnym belkom “Superfolder.” Estestvennye i mat. nauki v sovremennom. mire. V. 4. № 39. P. 15.)
Сахабеев Р.Г., Поляков Д.С., Гошина А.Д., Вишня А.А., Кудрявцев И.В., Синицына Е.С., Коржиков-Влах В.А., Тенникова Т.Б., Шавловский М.М. 2021. Усиление специфического Т-клеточного иммунного ответа при иммобилизации антигена на микро- и наночастицах. Инфекция и иммунитет. Т. 11. № 4. С. 777. (Sakhabeev R.G., Polyakov D.S., Goshina A.D., Vishnya A.A., Kudryavtsev I.V., Sinitcina E.S., Korzhikov-Vlakh V.А., Tennikova T.B., Shavlovsky M.M. 2021. Enhancing the specific T cell immune response against micro- and nanoparticle immobilized antigen. Russ. J. Infection Immunity. V. 11. № 4. P. 777.) https://doi.org/10.15789/2220-7619-ETS-1374
Begines B., Ortiz T., Pérez-Aranda M., Martínez G., Merinero M., Argüelles-Arias F., Alcudia A. 2020. Polymeric nanoparticles for drug delivery: recent developments and future prospects. Nanomaterials. V. 10. P. 1403.
Bhattacharya S., Naveena Lavanya Latha J., Kumresan R., Singh S. 2007. Cloning and expression of human islet amyloid polypeptide in cultured cells. Biochem. and Biophys. Res. Commun. V. 356. P. 622.
Chen M., Rosenberg J., Cai X., Lee A.C.H., Shi J., Nguyen M., Wignakumar T., Mirle V., Edobor A.J., Fung J., Donington J.S., Shanmugarajah K., Lin Y., Chang E. et al. 2021. Nanotraps for the containment and clearance of SARS-CoV-2. Matter. V. 4. P. 2059.
Davies J.Q., Gordon S. Isolation and culture of human macrophages. Basic Cell Culture Protocols. V. 290. P. 105.
Fajardo-Moser M., Berzel S., Moll H. 2008. Mechanisms of dendritic cell-based vaccination against infection. Internat. J. Med. Microbiol. V. 298. P. 11.
Gamvrellis A., Leong D., Hanley J.C., Xiang S.D., Mottram P., Plebanski M. 2004. Vaccines that facilitate antigen entry into dendritic cells. Imm. Cell Biol. V. 82. P. 506.
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. V. 10. P. 1299.
Lin C.-Y., Lin S.-J., Yang Y.-C., Wang D.-Y., Cheng H.-F., Yeh M.-K. 2015. Biodegradable polymeric microsphere-based vaccines and their applications in infectious diseases. Human Vaccines Immunother. V. 11. P. 650.
Pedelacq J.-D., Cabantous S. 2019. Development and applications of superfolder and split fluorescent protein detection systems in biology. Internat. J. Mol. Sci. V. 20. P. 3479.
Peres C., Matos A.I., Conniot J., Sainz V., Zupančič E., Silva J.M., Graca L., Gaspar R.S., Preat V., Florindo H.F. 2017. Poly(lactic acid)-based particulate systems are promising tools for immune modulation. Acta Biomaterialia. V. 48. P. 41.
Simón-Vázquez R., Peleteiro M., González-Fernández Á. 2020. Polymeric nanostructure vaccines: applications and challenges. Expert Opinion Drug Delivery. V. 17. P. 1007.
Taylor P.C., Adams A.C., Hufford M.M., de la Torre I., Winthrop K., Gottlieb R.L. 2021. Neutralizing monoclonal antibodies for treatment of COVID-19. Nature Rev. Immunol. V. 21. P. 382.
Tyler B., Gullotti D., Mangraviti A., Utsuki T., Brem H. 2016. Polylactic acid (PLA) controlled delivery carriers for biomedical applications. Advanced Drug Delivery Rev. V. 107. P. 163.
Vilos C., Velasquez L.A. 2012. Therapeutic strategies based on polymeric microparticles. J. Biomed. Biotech. V. 2012. P. 1.
Vlachopoulos A., Karlioti G., Balla E., Daniilidis V., Kalamas T., Stefanidou M., Bikiaris N.D., Christodoulou E., Koumentakou I., Karavas E., Bikiaris D.N. 2022. Poly(lactic acid)-based microparticles for drug delivery applications: an overview of recent advances. Pharmaceutics. V. 14. P. 359.