Система из наночастиц и везикул снимает симптомы ревматоидного артрита у мышей

Ревматоидный артрит — это воспалительное аутоиммунное заболевание, для которого характерны нарушение иммунной толерантности, локальное воспаление синовиальной оболочки и разрушение тканей. Обычно для лечения ревматоидного артрита применяются противовоспалительные препараты. Однако такая терапия направлена только на облегчение симптомов заболевания.

В новой работе исследователи из Южной Кореи и США разработали гибридную систему с наночастицами церия (Ce), иммобилизованными на нановезикулах, полученных из мезенхимальных стволовых клеток (MSCNV). Наночастицы церия выполняют роль антиоксидантов благодаря своей способности удалять активные формы кислорода, а также могут индуцировать поляризацию макрофагов M1 типа в тип M2. MSCNV предотвращают разрушение костной и хрящевой ткани, защищая хондроциты. Кроме того, MSCNV доставляют иммуномодулирующие цитокины в клетки-мишени, изменяя их свойства в сторону иммунорегуляторных фенотипов.

Ce-MSCNV были получены в результате химической реакции между наночастицами церия и MSCNV. Для оценки их каталитической активности авторы посмотрели, насколько эффективно эта гибридная система утилизирует супероксид анион-радикал и пероксид водорода. Ce-MSCNV эффективно выполняет роль миметиков супероксиддисмутазы и каталазы. Каталитическая активность наночастиц церия сохраняется даже после их химического конъюгации с MSCNV.

Далее авторы подтвердили, что в Ce-MSCNV сохраняются свойства мезенхимальных стволовых клеток (МСК). Известно, что МСК оказывают иммуномодулирующее действие на иммунные клетки. Содержащиеся в МСК иммуномодулирующие факторы и противовоспалительные цитокины оказывают толерогенное действие на врожденный и адаптивный иммунитет, подавляя созревание дендритных клеток и индуцируя толерогенные дендритные клетки, которые, в свою очередь, индуцируют Т-регуляторные клетки. Авторы подтвердили наличие основных иммуномодулирующих факторов в составе Ce-MSCNV.

На ранних этапах развития ревматоидного артрита происходит инфильтрация синовиальной оболочки иммунными клетками. В частности, макрофаги активируются до провоспалительного фенотипа М1, что приводит к выбросу воспалительных цитокинов. Поэтому авторы работы оценили противовоспалительное и иммуномодулирующее действие Ce-MSCNV на макрофаги. С помощью конфокальной микроскопии они показали, что Ce-MSCNV эффективно устраняют избыточную выработку активных форм кислорода в макрофагах. Исходя из этого, авторы оценили сдвиг макрофагов с фенотипа М1 на М2 в условиях воспаления при ревматоидном артрите. Экспрессия мРНК М1-специфических маркеров (Il1b, Il6, Nos2 и Tnf) была значительно снижена, а экспрессия мРНК М2-специфических маркеров (Arg1 и Mrc1) была значительно повышена в группе лечения Ce-MSCNV по сравнению с группой PBS. Кроме того, Ce-MSCNV не проявляли выраженной токсичности в отношении макрофагов. Результаты иммуноферментного анализа также показали, что секреция воспалительных цитокинов снизилась, а секреция противовоспалительных цитокинов значительно увеличилась в группе лечения Ce-MSCNV.

Поскольку деградация хондроцитов при ревматоидном артрите опосредована воспалительными цитокинами, выделяемыми синовиальными макрофагами, авторы проверили молекулярную взаимосвязь между двумя типами клеток. Макрофаги М1 предварительно обрабатывали различными типами наночастиц. Экспрессия мРНК воспалительного Il1b значительно снизилась, в то время как экспрессия противовоспалительного Tgfb1 увеличилась в хондроцитах, которые были кокультивированы с обработанными Ce-MSCNV макрофагами.

Дендритные клетки играют центральную роль в иммунной системе, связывая врожденный и адаптивный иммунитет. Они обладают двумя противоположными фенотипами: иммуногенным, способствующим эффекторному ответу, и иммуносупрессивным, индуцирующим иммунную толерантность. Последние называются толерогенными дендритными клетками (tDC) и могут индуцировать T-регуляторные клетки (Treg-клетки). Для изучения адаптивных иммуномодулирующих эффектов Ce-MSCNV авторы обработали дендритные клетки Ce-MSCNV и оценили последующие фенотипические изменения.

Незрелые дендритные клетки в результате обработки Ce-MSCNV приобретали толерогенный фенотип. Экспрессия мРНК воспалительных цитокинов (Il1b и Tnf) была значительно подавлена, а экспрессия противовоспалительных цитокинов (Il10 и Tgfb) была повышена в дендритных клетках, обработанных Ce-MSCNV. Для подтверждения индукции tDC авторы дополнительно исследовали поверхностную экспрессию CD40, CD80, CD86 и MHC II. В дендритных клетках, обработанных Ce-MSCNV, уровень экспрессии данных маркеров был значительно ниже, чем в других группах, но выше, чем в незрелых дендритных клетках.

Исходя из этих результатов, авторы оценили tDC-опосредованную индукцию Treg-клеток с помощью Ce-MSCNV. Дендритные клетки, обработанные различными типами наночастиц, кокультивировали с CD4+ Т-клетками, выделенными у мышей дикого типа. Результаты показали, что Ce-MSCNV индуцировали CD4+ CD25+ FOXP3+ Treg наиболее эффективно. Таким образом, авторы пришли к выводу, что иммуномодулирующие молекулы, присутствующие в Ce-MSCNV, могут эффективно индуцировать толерогенные дендритные клетки, а затем и Т-регуляторные клетки.

Далее авторы получили мышиную модель коллаген-индуцированного артрита, чтобы исследовать терапевтический эффект Ce-MSCNV in vivo. Терапевтическая эффективность различных веществ, в том числе Ce-MSCNV, оценивалась по изменению основных симптомов ревматоидного артрита, таких как отек лап и высокая температура, обусловленных воспалительной реакцией. Через 45 дней после иммунизации разница в клинической оценке составила более 7 баллов, а толщина лапы и температура увеличились в 1,44 и 1,32 раза соответственно. Отек лап и гипертермия были значительно снижены в группе лечения Ce-MSCNV. Также в группе Ce-MSCNV наблюдалось значительное снижение болевого синдрома, уменьшение количества воспалительных клеток и снижение ангиогенеза.

Чтобы подтвердить восстановление нарушенной иммунной функции при ревматоидном артрите, авторы изучили врожденную и адаптивную иммуномодуляцию с помощью Ce-MSCNV in vivo. В группе лечения Ce-MSCNV уровень экспрессии М1-специфических макрофагов был значительно снижен, а М2-специфических макрофагов — повышен.

Новое исследование показало перспективность использования гибридной системы, состоящей из наночастиц и нановезикул, для комплексной терапии ревматоидного артрита. Подобный подход может в будущем применяться и для терапии других аутоиммунных заболеваний.

Бактерия кишечника Ruminococcus gnavus ухудшает течение артрита