Ингибирование системы комплемента подавляет иммунную реакцию на терапевтические наночастицы

Система комплемента — это комплекс белков, которые постоянно находятся в крови и играют важную роль во врожденном иммунитете и в защите от патогенных микроорганизмов. Неконтролируемая активация системы комплемента может привести к воспалительному ответу и повреждению тканей. Для защиты от нее существуют факторы регуляции: CD35, CD55, CD59, CD46, фактор H и ингибитор C1. Большинство этих регуляторов состоит из коротких консенсусных повторов (short consensus repeats, SCR) длиной около 60–70 аминокислот. Их уже пытались использовать в качестве ингибиторов активации системы комплемента в ответ на введение наночастиц. Однако для использования таких ингибиторов требуется применять высокие дозы; кроме того, есть опасения, что ингибиторы такого типа могут иметь иммуносупрессивный эффект.

Для создания более безопасного ингибитора группа ученых из США и Великобритании получила химерную конструкцию, состоящую из четырех SCR рецептора комплемента 2 и десяти SCR рецептора комплемента 1. Рецептор комплемента 2 (CR2) экспрессируется на B-лимфоцитах и дендритных клетках и имеет высокую аффинность к продуктам расщепления компонента C3. Рецептор комплемента 1 (CR1), также известный как CD35, связывается с C3b и C4b и играет важную роль в элиминации опсонизированных патогенов. Сам химерный белок обозначен в работе как CR2-CR1.

Для начала исследователи изучили ингибирование системы комплемента in vitro. Они использовали разные варианты наночастиц: липосомы, суперпарамагнитные наночастицы оксида железа и микросферы с полимерным покрытием. Наночастицы инкубировали в сыворотке крови здорового донора в присутствии возрастающих концентраций CR2-CR1 или растворимого CR1, отмывали и тестировали на наличие связанного C3. Вестерн-блоттинг подтвердил, что CR2-CR1 ингибировал опсонизацию и активацию системы комплемента.

С помощью проточной цитометрии исследователи проанализировали, какая доля наночастиц связывается с CR2-CR1 — анализ показал такое связывание для 3,4% наночастиц. Конфокальная микроскопия подтвердила полученные данные.

Далее исследователи изучили опсонизацию наночастиц C3b в отсутствие ингибитора. Проточная цитометрия показала, что сразу же после контакта с сывороткой крови 2% наночастиц были опсонизированы. Спустя два часа процент увеличился до 40%. Такие результаты позволяют предположить, что опсонизация является медленным и малоэффективным процессом.

Наконец, авторы работы исследовали связывание наночастиц с CR2-CR1 in vivo. Они вводили крысам линии Спрэг-Доули наночастицы — отдельно или с добавлением CR2-CR1. У крыс, которым инъецировали наночастицы без добавления CR2-CR1, примерно 10% наночастиц оказались опсонизированы. Небольшой процент наночастиц был связан с C3 и CR2-CR1 одновременно.

Затем исследователи проанализировали работу ингибитора на мышиной модели. Они вводили мышам химерный белок, состоящий из CR2 и Crry — аналога рецептора комплемента 1. Чтобы изучить фармакодинамику ингибитора, мышам внутривенно вводили суперпарамагнитные наночастицы оксида железа без или с добавлением CR2-Crry. У мышей, которым вводили CR2-Crry, детекция С3 на наночастицах была незначительной вплоть до 60 мин после инъекции, а уровень С5а в плазме не изменялся относительно исходного. Кроме того, при совместном введении CR2-Crry и наночастиц последние менее активно поглощались гранулоцитами и макрофагами.

Далее авторы работы оценили фармакокинетику и фармакодинамику человеческого CR2-CR1 в организме крыс линии Спрэг-Доули. Как и в случае с CR2-Crry у мышей, основным органом выведения была печень. Крысам внутривенно вводили суперпарамагнитные наночастицы оксида железа. В течение 5 мин после инъекции наблюдалась опсонизация наночастиц, но количество связанного С3 на частицу снижалось к 60 мин. У крыс, которым вместе с наночастицами вводили CR2-CR1, С3 на наночастицах не детектировался в течение 60 мин после инъекции. Поглощение наночастиц гранулоцитами также существенно снижалось. Интересно, что ингибирование C5a при этом было менее выраженным, чем у мышей.

Исследование демонстрирует, что регуляторы системы комплемента, нацеленные на активированный C3 на поверхности наночастиц, подавляют острые иммунные реакции у грызунов. Также полученные данные позволяют предположить, что опсонизация наночастиц — достаточно медленный и неэффективный процесс, и это отчасти объясняет эффективность ее ингибирования.