ИЗУЧЕНИЕ БИОСОВМЕСТИМОСТИ ОКСИДА ГРАФЕНА С КЛЕТКАМИ ИММУННОЙ СИСТЕМЫ В КОНТЕКСТЕ ЕГО ПРИМЕНЕНИЯ В БИОМЕДИЦИНЕ
Область знания, основной код классификатора 05 - Фундаментальные исследования для медицины, 05-108 - Иммунология
Ключевые слова Оксид графена, наночастицы, адресная доставка лекарственных средств, тераностика, биосовместимость, функционализация поверхности наночастиц, клетки иммунной системы, биомедицина
Код ГРНТИ34.43.35
Статус Успешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Все более широкое применение препаратов на основе оксида графена в in vivo терапии и диагностике диктует необходимость всесторонней оценки его биосовместимости. Критически важным является изучение воздействия оксида графена и его производных на клетки иммунной системы. С одной стороны, это обусловлено тем, что при введении в организм препаратов на основе графена контакт между ними и клетками врожденного и адаптивного иммунитета неизбежен, и он в любом случае будет иметь место в кровотоке либо лимфоидных органах. Негативные последствия такого контакта, такие как стимуляция провоспалительной активности, клеточной гибели или анергии иммунных клеток могут стать причиной возникновения патологических состояний. С другой стороны, способность оксида графена изменять активность иммунокомпетентных клеток может быть использована (и используется) как средство повышения эффективности вакцин (адъювантный эффект), противоопухолевых препаратов (цитотоксичность), и препаратов с антимикробным эффектом (активация макрофагов и клеток-киллеров).
Таким образом, целью настоящего проекта является систематическая оценка эффектов клинически значимых модификаций оксида графена на ключевые субпопуляции клеток врожденного иммунитета (макрофаги, дендритные клетки, NK-клетки, нейтрофилы) и адаптивного иммунитета (Т- и В-клетки), при этом скрининговые тесты, оценивающие дифференцировку и функциональную активность исследуемых клеток будут дополняться динамической визуализацией в системе Cell-IQ.
Под клинически значимыми модификациями оксида графена мы подразумеваем оксид графена (ОГ) с поверхностью модифицированной полиэтиленгликолем (ПЭГ) и полиакриловой кислотой (ПАК). Выбор таких объектов исследования обусловлен тем, что в ряде исследований была доказана их эффективность как биосовместимого покрытия нанопластин ОГ. В то же время, данные об их воздействии на иммунные клетки отрывочны (особенно в отношении ОГ-ПАК), а зачастую и противоречивы, причем противоречия касаются ряда клинически значимых аспектов: стимулирование/подавление презентации антигена, влияние на поляризацию иммунного ответа, наличие или отсутствие цитотоксических эффектов в отношении ряда иммунных клеток. Под биосовместимостью подразумевается оценка жизнеспособности, процессов апоптоза, функциональной активности и дифференцировки клеток иммунной системы.
По итогам работы мы планируем получить новую, исчерпывающую информацию о взаимоотношениях модифицированных форм оксида графена с важнейшими звеньями иммунной системы. Фундаментальный аспект проекта связан с расширением наших представлений о взаимодействии наночастиц с клетками человека, так как в процессе эволюции человек не взаимодействовал с графеном. Прикладной аспект связан с прогнозированием эффективности и безопасности терапевтических и вакцинных препаратов на основе графена, при создании новых технологий адресной доставки лекарственных средств, и систем визуализации тканей (в особенности лимфоидной). Таким образом, настоящее исследование находится в рамках заявленной стратегии перехода к высокотехнологичному здравоохранению.
Ожидаемые результаты
По итогам реализации проекта будут получены данные о воздействии оксида графена на ключевые субпопуляции клеток врожденного и адаптивного иммунитета, как эффекторные, так и регуляторные. Будут проведена оценка влияния не только оксида графена, но и его производных форм, поверхность которых модифицирована полимерами, призванными улучшить его биосовместимость и широко применяемыми в биомедицине (полиэтиленгликолем и полиакриловой кислотой).
Результатом работы станет систематическая сравнительная оценка дозозависимых эффектов препаратов оксида графена на жизнеспособность, морфологию (экспрессию поверхностных молекул) и функциональную активность (экспрессию ключевых генов, поляризацию иммунного ответа, продукцию цитокинов, активных форм кислорода) клеток иммунной системы человека.
В чем состоит значимость этих результатов? Оксид графена является перспективным диагностическим и терапевтическим агентом, однако его практическое применение тормозится ввиду недостатка систематических сведений о его биосовместимости, а в частности воздействия на иммунную систему. Наш проект направлен на комплексное исследование этого воздействия. Мы будем использовать препараты оксида графена, покрытые перспективными биосовместимыми биополимерами. Именно в таком виде оксид графена используются в адресной доставке лекарственных средств, при создании иммуномодуляторов и терапевтических препаратов.
Два основных вопроса, на которые призван дать ответ наш проект: безопасен ли оксид графена для иммунокомпетентных клеток? какие из обнаруженных эффектов оксида графена на иммунные клетки могут быть использованы для создания перспективных биомедицинских препаратов?
Эффекты оксида графена на клетки врожденного, адаптивного иммунитета и поляризацию иммунного ответа могут быть использованы при изготовлении безопасных иммуномодуляторов, адъювантов и лекарственных средств на основе оксида графена.
