Влияние нанокластерного полиоксометаллата {мo72fe30} на морфофункциональное состояние макрофагов в культуре

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Цель данной работы – оценка влияния нанокластерного полиоксометаллата {Мо72Fe30}, перспективного в качестве основы для средств адресной доставки лекарств в организме, на морфологию, фенотип, функциональную активность перитонеальных и альвеолярных макрофагов. Показано, что {Мо72Fe30} не токсичен для перитонеальных и альвеолярных макрофагов, не оказывает значимого влияния на морфологию клеток и на активность α-нафтилацетатэстеразы. Введение {Мо72Fe30} способствует снижению фагоцитарной активности и числа СD163+-макрофагов в культуре, стимулирует поляризацию макрофагов в направлении фенотипа М1.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

С. А. Титова

Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина

Автор, ответственный за переписку.
Email: svetattitova12021998@gmail.com
Россия, Екатеринбург

М. О. Тонкушина

Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: svetattitova12021998@gmail.com
Россия, Екатеринбург

К. В. Гржегоржевский

Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: svetattitova12021998@gmail.com
Россия, Екатеринбург

И. Г. Данилова

Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина; Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН

Email: svetattitova12021998@gmail.com
Россия, Екатеринбург; Екатеринбург

В. А. Поздина

Институт иммунологии и физиологии Уральского отделения РАН

Email: svetattitova12021998@gmail.com
Россия, Екатеринбург

М. В. Улитко

Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: svetattitova12021998@gmail.com
Россия, Екатеринбург

А. А. Остроушко

Уральский федеральный университет им. Первого Президента России Б.Н. Ельцина

Email: svetattitova12021998@gmail.com
Россия, Екатеринбург

Список литературы

  1. Губарев Ю.А., Лебедева Н.Ш., Тонкушина М.О., Гагарин И.Д., Голуб А.Я., Остроушко А.А. 2021. Взаимодействие нанокластерного железосодержащего полиоксометаллата с доксорубицином. Физико-химические аспекты изучения кластеров, наноструктур и наноматериалов. № 13. С. 841. (Gubarev Yu.A., Lebedeva N.Sh., Tonkushina M.O., Gagarin I.D., Golub A.Yu., Ostroushko A.A. 2021. Interaction of iron-containing nanocluster polyoxometalate with doxorubicin. Phys. Chem. Aspects of the Study of clusters, Nanostruct. Nanomat. (Russ.) № 13. P. 841.)
  2. Кост Е.А. 1975. Справочник по клиническим лабораторным методам исследования. Москва: Медицина. (Cost E.A. 1975. Handbook of clinical laboratory research methods. Moscow: Medicine.)
  3. Остроушко А.А., Тонкушина М.О. 2015. Деструкция нанокластерных полиоксометаллатов на основе молибдена в водных растворах. Журн. физической химии. Т. 8٩. № 3. С. 440. (Ostroushko A.A., Tokushima M.O. 2015. Destruction of molybdenum nanocluster polyoxometallates in aqueous solutions. Russian J. Phys. Chem. A. V. 89. P. 443).
  4. Остроушко А.А., Тонкушина М.О., Мартынова Н.А. 2010. Особенности явлений массо- и электропереноса в системах, содержащих нанокластерные полиоксометаллаты молибдена со структурой фуллерена. Журн. физ. химии. Т. 84. № 6. С. 1135. (Ostroushko A.A., Tonkushina M.O., Martynova N.A. 2010. Mass and charge transfer in systems containing nanocluster molybdenum polyoxometallates with a fullerene structure. Russ. J. Phys. Chem. V. 84. P. 1022.)
  5. Остроушко А.А., Сенников М.Ю., Тонкушина М.О. 2009. Взаимодействие полиоксометаллата Мо 13 2 с поливиниловым спиртом. Журн. неорган. химии. Т. 84. № 4. С. 666. (Ostroushko A.A., Sennikov M.Y., Tonkushina M.O. 2009. Interaction of polyoxometalate Mo132 with poly(vinyl alcohol). Russ. J. Inorg. Chem. V. 54. P. ٦ 1 1.)
  6. Остроушко А.А., Гетте И.Ф., Медведева С.Ю., Тонкушина М.О., Данилова И.Г., Прокофьева А.В., Морозова М.В. 2011. Оценка безопасности железо-молибденовых нанокластерных полиоксометаллатов, предназначенных для адресной доставки лекарственных веществ. Вестник уральской медицинской академической науки. Т. 34. № 2. С. 107. (Ostroushko A.A., Gette I.F., Medvedeva S.Yu., Tonkushina M.O., Danilova I.G., Prokofiev A.V., Morozova M.V. 2011. Safety assessment of iron-molybdenum nanocluster polyoxometallates intended for targeted drug delivery. Bulletin of the Ural Medical Academic Science. Vol. 34. No. 2. P. 557.)
  7. Остроушко А.А., Гетте И.Ф., Данилова И.Г., Медведева С.Ю., Тонкушина М.О., Прокофьева А.В. 2011. Исследование хронической токсичности молибденовых и железо-молибденовых нанокластерных полиоксометаллатов. Уральский мед. ж. Т. 89. № 11. С. 75. (Ostroushko A.A., Gette I.F., Danilova I.G., Medvedeva S.Yu., Tonkushina M.O., Prokofiev A.V. 2011. Investigation of the chronic toxicity of molybdenum and iron-molybdenum nanocluster polyoxometallates. Ural Med.l University. V. 89. No. 11. P. 75.)
  8. Остроушко А.А., Улитко М.В., Тонкушина М.О., Зубарев И.В., Медведева С.Ю., Данилова И.Г., Губаева О.В., Гагарин И.Д., Гетте И.Ф. 2018. Влияние нанокластерных молибденсодержащих полиоксометаллатов на морфофункциональное состояние фибробластов в культуре. Российские нанотехнологии. Т. 13. № 1- 2. С. 3. (Ostroushko A.A., Ulitko M.V., Tonkushina M.O. et al. 2018. Influence of Nanocluster Molybdenum Polyoxometalates on the Morphofunctional State of Fibroblasts in Culture. Nanotechnol Russia. V. 13. P. 1.)
  9. Шарафутдинова Л.А., Горшкова Е.Н., Садртдинова И.И., Хисматуллина З. Р., Башкатов С.А. 2014. Оценка морфологических параметров нейтрофильных гранулоцитов методом атомно-силовой микроскопии после воздействия фуллерена С60. Биомедицина. № 3. С. 49. (Sharafutdinova E.N., Gorshkova I.I., Sadrtinova Z.R., Khismadulina S.A. 20 14. Evaluation of the morphological parameters of neutrophilic granulocytes by atomic force microscopy after exposure to fullerene C60. Biomed. (Russ.) V. 3. P. 49.)
  10. Akatsuka S., Yamashita Y., Ohara H., Liu Y-T, Izumiya M., Abe K. 2012. Fenton reaction induced cancer in wild type rats recapitulates genomic alterations observed in human cancer. PloS One. V. 7: e43403.
  11. Astaldi G., Bernardelli E., Rondanelli E. 1952. Behavior of glycogen in surviving leukocytes. Boll. Soc. Ital. Biol. Sper. V. 28. P. 286.
  12. Astaldi G., Verga L. 1957. The glycogen content of the cells of lymphatic leukaemia. Acta Haematol. V. 17. P. 129.
  13. Bartneck M., Ritz T., Keul H.A., Wambach M., Bornemann J., Gbureck U., Ehling J., Lammers T., Heymann F., Gassler N., Lüdde T., Trautwein C., Groll J., Tacke F. 2012. Peptide-functionalized gold nanorods increase liver injury in hepatitis. ACS nano. V. 6. P. 8767.
  14. Bijelic A., Aureliano M., Rompel A. 2019. Polyoxometalates as potential next-generation metallodrugs in the combat against cancer. Angewandte Chemie Int. Ed. V. 58. P. 2980.
  15. Caruthers S.D., Wickline S.A., Lanza G.M. 2007. Nanotechnological applications in medicine. Curr. Opin. Biotechnol. V. 18. P. 26.
  16. Corhay J.L., Weber G., Bury T., Mariz S., Roelandts I., Radermecker M.F. 1992. Iron content in human alveolar macrophages. Eur. Respir. J. V. 5. P. 804.
  17. Dhingra V.K., Gupta R.K., & Sadana J.R. 1982. Demonstration of acid alpha naphthyl acetate esterase activity in bovine lymphocytes and monocytes or macrophages. Res. Veterinary Sci. V. 33. P. 26.
  18. Dobrovolskaia M.A., McNeil S. E. 2007. Immunological properties of engineered nanomaterials. Nature Nanotechnol. V. 2. P. 469.
  19. Dos Anjos Cassado A. 2017. F4/80 as a major macrophage marker: the case of the peritoneum and spleen. Results Problems Cell Diff. V. ٦ 2. P. 1٦ 1.
  20. Duan L., Mukherjee E. 2016. Janeway’s Immunobiol. 9th Ed. Yale J. Biol. Med. V. 89. P. 424.
  21. Dutta R.C. 2007. Drug carriers in pharmaceutical design: promises and progress. Curr. Pharm. Des. V. 13. P. 76.
  22. Ennist D.L., Jones K.H. 1983. Rapid method for identification of macrophages in suspension by acid alpha-naphthyl acetate esterase activity. J. Histochem. Cytochem. V. 31. P. 960.
  23. Etzerodt A., Moestrup S.K. 2013. CD163 and inflammation: biological, diagnostic, and therapeutic aspects. Antioxid. Redox Signal. V. 18. P. 2352.
  24. Giovanni M., Yue J., Zhang L., Xie J., Ong C.N., Leong D.T. 2015. Pro-inflammatory responses of RAW264.7 macrophages when treated with ultralow concentrations of silver, titanium dioxide, and zinc oxide nanoparticles. J. Hazard. Materials. V. 297. P. 146.
  25. Grzhegorzhevskii K., Tonkushina M., Gushchin P., Gagarin I., Ermoshin A., Belova K., Prokofyeva A. Ostroushko A., Novikov A. 2023. Association of keplerate-type polyoxometalate {Mo72Fe30} with tetracycline: nature of binding sites and antimicrobial action. Inorganics. V. 11. P. 9.
  26. Grzhegorzhevskii K.V., Zelenovskiy P.S., Koryakova O.V., Ostroushko A.A. 2019. Thermal destruction of giant polyoxometalate nanoclusters: a vibrational spectroscopy study. Inorg. Chimica Acta. V. 489. P. 287.
  27. Hayhoe F.G.J., Quaglino D. 1980. Haematological cytochemistry. Edinburgh, N.Y.: Churchill Livingstone. P. 336.
  28. Holian A., Scheule R.K. 1990. Alveolar macrophage biology. Hosp. Pract. V. 25. P. 53.
  29. Hu J. M, Liu K., Liu J. H, Jiang X. L, Wang X. L, Chen Y. Z, Li S. G, Zou H., Pang L. J, Liu C. X, Cui X. B, Yang L, Zhao J., Shen X. H, Jiang J. F, Liang W. H, Yuan X. L, Li F. 2017. CD163 as a marker of M2 macrophage, contribute to predicte aggressiveness and prognosis of Kazakh esophageal squamous cell carcinoma. Oncotarget. V. 8. P. 21526.
  30. Jackson J. 2016. In situ tissue regeneration: host cell recruitment and biomaterial design. In: Lee S.J., Atala A., Yoo J. (Eds.). 2016. Immunology: Host responses to biomaterials. Elsevier/Acad. Press. P. 35.
  31. Khazen W., M’bika J.P., Tomkiewicz C., Benelli C., Chany C., Achour A., & Forest C. 2005. Expression of macrophage-selective markers in human and rodent adipocytes. FEBS Letters, V. 579. P. 5631.
  32. Laskar A., Eilertsen J., Li W., Yuan X. M. 2013. SPION primes THP1 derived M2 macrophages towards M1-like macrophages. Biochem. Biophys. Res. Commun. V. 441. P. 737.
  33. Li Y., Yang Y., Guo T. 2023. Heme oxygenase-1 determines the cell fate of ferroptotic death of alveolar macrophages in COPD. Front. Immunol. V. 14: 1162087.
  34. Liu Y., Chen Z., Gu N., Wang J. 2011. Effects of DMSA-coated Fe3O4 magnetic nanoparticles on global gene expression of mouse macrophage RAW264.7 cells. Toxicol. Lett. V. 205. P.130.
  35. Liu Y.C., Zou X.B., Chai Y.F., Yao Y.M. 2014. Macrophage polarization in inflammatory diseases. Int. J. Biol. Sci. V. 10. P. 520.
  36. Li Z., Zhao Z.J, Zhu X.Q, et al. 2012. Differences in iNOS and arginase expression and activity in the macrophages of rats are responsible for the resistance against T. gondii infection. PLoS One. V. 7: e35834.
  37. Lucarelli M., Gatti A. M., Savarino G., Quattroni, P., Martinelli L., Monari E., Boraschi, D. 2004. Innate defence functions of macrophages can be biased by nano-sized ceramic and metallic particles. Eur. Cytokine Network. V. 15. P. 339.
  38. Martinez F.O., Sica A., Mantovani A. 2008. Macrophage activation and polarization, Front, Biosci. V. 13. P. 453.
  39. Martinez F.O. 2011. Regulators of macrophage activation. Eur. J. Immuno. V. 41. P. 1531.
  40. McKnight A.J., Macfarlane A.J., Dri P., Turley L., Willis A.C., Gordon S. 1996. Molecular cloning of F4/80, a murine macrophage-restricted cell surface glycoprotein with homology to the G-protein-linked transmembrane 7 hormone receptor family. J. Biol. Chem. V. 271. P. 486.
  41. Mills C.D., Kincaid K., Alt J.M., Heilman M.J., Hill A. M. 2000. M-1/M-2 macrophages and the Th1/Th2 paradigm. J. Immunol. V. 164. P. 6166.
  42. Mulens-Arias V., Rojas J.M, Pérez-Yagüe S., Morales M.P., Barber D.F. 2015. Polyethylenimine-coated SPIONs trigger macrophage activation through TLR-4 signaling and ROS production and modulate podosome dynamics. Biomaterials. V. 52. P. 494.
  43. Mulens-Arias V., Rojas J.M., Barber D.F. 2021.The use of iron oxide nanoparticles to reprogram macrophage responses and the immunological tumor microenvironment. Front. Immunol. V. 12: 693709.
  44. Müller A., Krickemeyer E., Bögge H., Schidtmann M., Peters F. 1998. Organizational forms of matter: an inorganic superfullerene and keplerate based on molybdenum oxide. Angew Chem. Int. V. 37. P. 3360.
  45. Müller A., Sarkar S., Nazir Shah S.Q., Bögge H., Schmidtmann M., Sarkar Shatarupa, Kögerler P., Hauptfleisch B., Trautwein A.X., Schünemann V. 1999. Archimedian synthesis and magic numbers: «sizing» giant molybdenum – oxide based molecular spheres of the keplerate type. Angew. Chem. Int. Ed. Engl. V. 38. P. 3238.
  46. Onofre G., Kolácková M., Jankovicová K., Krejsek J. 2009. Scavenger receptor CD163 and its biological functions. Acta Medica (Hradec Kralove). V. 52. P. 57.
  47. Ostroushko A.A, Gagarin, I.D., Tonkushina, M.O. 2018. Association of spherical porous nanocluster keplerate-type polyoxometalate Mo72Fe30 with biologically active substances. J. Clust. Sci. V. 29. P. 111.
  48. Ostroushko A.a., Grzhegorzhevskii K.V., Medvedeva S.Y. 2021. Physicochemical and biochemical properties of the keplerate-type nanocluster polyoxomolybdates as promising components for biomedical use. Nanosystems: Phys. Chem. Mathem. V. 12. P. 81.
  49. Reichel D., Tripathi M., Perez J.M. 2019. Biological effects of nanoparticles on macrophage polarization in the tumor microenvironment. Nanotheranostics. V. 3. P. 66.
  50. Rogler G. 2017. Immune cells: monocytes and macrophages. In: Baumgart D.C. (Ed.) 2017. Crohn’s disease and ulcerative colitis: from epidemiology and immunobiology to a rational diagnostic and therapeutic approach: Springer. P. 119.
  51. Schaer D.J., Schaer C.A., Buehler P.W., Boykins R.A., Schoedon G., Alayash A.I., Schaffner A. 2006. CD163 is the macrophage scavenger receptor for native and chemically modified hemoglobins in the absence of haptoglobin. Blood. V. 107. P. 373.
  52. Sharma L., Wu W., Dholakiya S.L. 2014. Assessment of phagocytic activity of cultured macrophages using fluorescence microscopy and flow cytometry. Metods Mol. Biol. V. 1 17 2. P. 137.
  53. Stangel M., Joly E., Scolding N. J., Compston D.A.S. 2000. Normal polyclonal immunoglobulins (‘IVIg’) inhibit microglial phagocytosis in vitro. J. Neuroimmunol. V. 106. P. 137.
  54. Strober W. 2015. Trypan blue exclusion test of cell viability. CP Immunol. V. 111. P. A3. B. 1.
  55. Su L., Zhang W., Wu X., Zhang Y., Chen X., Liu G., Chen G., Jiang M. 2015. Glycocalyx-mimicking nanoparticles for stimulation and polarization of macrophages via specific interactions. Small. V. 11. P. 4191.
  56. Taylor P. R., Martinez-Pomares L., Stacey M., Lin H. H., Brown G. D., Gordon S. 2005. Macrophage receptors and immune recognition. Ann. Rev. Immunol. V. 23. P. 901.
  57. Terriere L.C. 1984. Induction of detoxication enzymes in insects. Ann. Rev. Entomol. V. 29. P. 71.
  58. Tian F., Cui D., Schwarz H., Estrada G.G., Kobayashi H. 2006. Cytotoxicity of single-wall carbon nanotubes on human fi broblasts. Toxicol. In Vitro. V. 20. P. 1202.
  59. Tonkushina M.O., Grzhegorzhevskii K.V., Ermoshin A.A., Tugbaeva A.S., Kim G.A., Taniya O.S., Gagarin I.D., Ostroushko A.A. 2022. The electrostatic-mediated formation of a coordination complex: the trapping and release of an antitumor drug with an anthracycline core from {Mo72Fe30}-based ensembles. ChemistrySelect. V. 7. P. e202203684.
  60. Wang K, Feng B, Yang Y. 2021. Dual-factor synergistically activated ESIPT-based probe: differential fluorescence signals to simultaneously detect α-naphthyl acetate and acid α-naphthyl acetate esterase. Anal. Chem. V. 93. P. 14471.
  61. Wang X., Wei S., Zhao C. 2022. Promising application of polyoxometalates in the treatment of cancer, infectious diseases and Alzheimer’s disease. J. Biol. Inorg. Chem. V. 27. P. 40 5.
  62. Wiggins D. 1991. Bronchoalveolar lavage. Methods and application. Pulmonology. V. 3. P. 43.
  63. Wolf-Grosse S., Mollnes T. E, Ali S., Stenvik J., Nilsen A.M. 2018. Iron Oxide nanoparticles enhance toll-like receptor-induced cytokines in a particle size- and actin-dependent manner in human blood. Nanomed. V. 13. P. 1773.
  64. Yamase T. 2013. Polyoxometalates active against tumors, viruses, and bacteria. Prog. Mol. Subcell. biol. V. 54. P. 65.
  65. Yunna C., Mengru H., Lei W., Weidong C. 2020. Macrophage M1/M2 polarization. Eur. J. Pharmacol. V. 877: 173090.
  66. Zvereva E., Serebrov V., Glupov V., Dubovskiy I. 2003. Activity and heavy metal resistance of non-specific esterases in leaf beetle Chrysomela lapponica from polluted and unpolluted habitats. Comp. Biochem. Physiol. C Toxicol. Pharmacol. V. 35. P. 383.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Фагоцитоз латексных частиц перитонеальными (а, б) и альвеолярными (в, г) макрофагами. а, в – в контроле; б, г – после действия {Mo72Fe30}.

Скачать (440KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Фенотипическое окрашивание перитонеальных макрофагов. а – F4/80–-клетки, б – F4/80+-клетки, в – CD163–-клетки, г – CD163+-клетки.

Скачать (375KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Фенотипическое окрашивание альвеолярных макрофагов: а – F4/80–-клетки, б – F4/80+-клетки, в – CD163–-клетки, г – CD163+-клетки.

Скачать (371KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024