Russian Journal of Infection and ImmunityRussian Journal of Infection and ImmunityИнфекция и иммунитет2220-76192313-7398SPb RAACI137410.15789/2220-7619-ETS-1374SHORT COMMUNICATIONSКРАТКИЕ СООБЩЕНИЯEnhancing the specific T cell immune response against micro- and nanoparticle immobilized antigenУсиление специфического Т-клеточного иммунного ответа при иммобилизации антигена на микро- и наночастицахhttps://orcid.org/0000-0002-4367-4924SakhabeevR. G.СахабеевР. Г.
Russian Federation

Rodion G. Sakhabeev,  Junior Researcher, Department of Molecular Genetics 

197376, St. Petersburg, Academician Pavlov str., 12

Phone: +7 953 152-68-07 

Сахабеев Родион Григорьевич,  младший научный сотрудник отдела молекулярной генетики 

197376, Санкт-Петербург, ул. Академика Павлова, 12

Тел.: 8 953 152-68-07

SPIN-код: 3823-5948

ResearcherID: P-6333-2017

helm505@mail.ruPolyakovD. S.ПоляковД. С.

PhD (Medicine), Researcher, Department of Molecular Genetics 

St. Petersburg 

к.м.н., научный сотрудник отдела молекулярной генетики 

Санкт-Петербург 

ravendoctor@mail.ruGoshinaA. D.ГошинаА. Д.

4th-year Student

St. Petersburg 

студентка 4-го курса

Санкт-Петербург 

arina8goshina@gmail.comVishnyaA. A.ВишняА. А.

2th-year Master Student

St. Petersburg 

студентка 2-го курса магистратуры

Санкт-Петербург 

tlou000@yandex.ruKudryavtsevI. V.КудрявцевИ. В.

PhD (Biology), Head of the Laboratory of Immunoregulation, Department of Immunology

St. Petersburg 

к.б.н., зав. лабораторией иммунорегуляции отдела иммунологии

Санкт-Петербург 

igorek1981@yandex.ruSinitcinaE. S.СиницынаЕ. С.

PhD (Chemistry), Senior Researcher, Interdisciplinary Laboratory of Biomedical Chemistry; Researcher, Laboratory of Polymer Sorbents and Carriers for Biotechnology

St. Petersburg 

к.х.н., старший научный сотрудник межкафедральной лаборатории биомедицинской химии; научный сотрудник лаборатории полимерных сорбентов и носителей для биотехнологии

Санкт-Петербург 

kat_sinitsyna@mail.ruKorzhikov-VlakhV. А.Коржиков-ВлахВ. А.

PhD (Chemistry), Associate Professor, Interdisciplinary Laboratory of Biomedical Chemistry

St. Petersburg 

к.х.н., доцент межкафедральной лаборатории биомедицинской химии

Санкт-Петербург 

v_korzhikov@mail.ruTennikovaT. B.ТенниковаТ. Б.

PhD, MD (Chemistry), Professor, Leading Researcher and Head of the Interdisciplinary Laboratory of Biomedical Chemistry

St. Petersburg 

д.х.н., профессор, главный научный сотрудник и руководитель межкафедральной лаборатории биомедицинской химии

Санкт-Петербург 

tennikova@mail.ruShavlovskyM. M.ШавловскийМ. М.

PhD, MD (Medicine), Head of the Molecular Genetics Laboratory; Professor

St. Petersburg 

д.м.н., зав. лабораторией молекулярной генетики; профессор

Санкт-Петербург 

mmsch@rambler.ruInstitute of Experimental MedicineФГБНУ Институт экспериментальной медициныSt. Petersburg State UniversityФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университетHerzen State Pedagogical University of RussiaРоссийский государственный педагогический университет им. А.И. ГерценаInstitute of Chemistry, St. Petersburg State UniversityИнститут химии, ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университетInstitute of Macromolecular Compounds of the Russian Academy of SciencesФГБНУ Институт высокомолекулярных соединений РАНSt. Petersburg State UniversityИнститут химии, ФГБОУ ВО Санкт-Петербургский государственный университетInstitute of Chemistry, St. Petersburg State UniversityФГБНУ Институт экспериментальной медициныInstitute of Experimental MedicineФГБОУ ВО Первый Санкт-Петербургский государственный медицинский университет им. академика И.П. ПавловаPavlov First St. Petersburg State Medical University200920211147777830302202014092020Copyright ©; 2020, 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.Copyright ©; 2020, 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.2020Sakhabeev 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.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.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://iimmun.ru/iimm/article/view/1374

The current study was a part of the project on generating viral particle traps occurring due to covalent immobilization on the interface of recombinant virus-specific polymer-based nano- and microparticles. It is assumed that protein-particle conjugates could be able to bind virions followed by engulfment by immune cells. The study was aimed to examine the effect of polylactic acid (PLA) and PLA block-copolymer with polyethylene glycol (PLA-PEG)-based micro- and nanoparticles on the cellular immune response against polymeric particle-bound antigen. Materials and methods. A recombinant chimeric protein beta-2-microglobulin — green fluorescent protein (β2M-sfGFP) was obtained by affine chromatography. The recombinant protein was immobilized onto the polymer particles, which were further used for mice immunization. Female F1 hybrid mice (CBA x C57BL) in experimental and control groups consisted of 4–6-month-old 15 animals (weighted 20–25 g). Intracellular cytokine staining was used to evaluate the cellular immune response. Results and discussion. It was shown that the nanoparticles of PLA block-copolymer with polyethylene glycol (PLA-PEG) were able to bind 10 microgram protein per 1 mg polymer. The polylactic acid nanoparticles were able to bind 2,3 microgram protein per 1 mg polymer. In experiment, mice in group 1 were immunized with 100 nm PLA-PEG particle-β2M-sfGFP conjugate, in group 2 — with same particles together with soluble β2M-sfGFP. In group 3, mice were immunized with 1400 nm PLA particles-β2M-sfGFP conjugate, and in group 4 — with same particles together with soluble protein. The spleens isolated 2 weeks after the four-time intraperitoneal immunization. Comparison of immune response between groups was assessed by nonparametric Kruskal–Wallis criterion with Tukey correction. It was shown that the number of antigen-specific CD4+ T cells produced to model protein was significantly higher after immunization with particle-β2M-sfGFP conjugate, as compared to control groups, wherein immunization was performed with a mixture of protein and unmodified particles (p < 0.001). It was found that the number of antigen-specific CD8+ T cells formed against β2m-sfGFP did not differ between all groups examined.

Данная работа является частью проекта по созданию «ловушек» вирусных частиц. Создание подобных «ловушек» осуществляется за счет ковалентной иммобилизации на поверхности нано- или микрочастиц на полимерной основе рекомбинантного рецептора, специфического для данного вируса. Предполагается, что полученные конъюгаты «белок–частица» будут способны к связыванию с вирионами для последующего поглощения их клетками иммунной системы организма. Целью работы являлось изучение влияния микро- и наночастиц на основе полимолочной кислоты (ПМК), а также блок-сополимера ПМК и полиэтиленгликоля (ПМКПЭГ) на клеточный иммунный ответ в отношении антигена, связанного с данными полимерными частицами. Материалы и методы. Методом аффинной хроматографии был получен рекомбинантный химерный модельный белок бета-2-микроглобулин — зеленый флуоресцентный белок (â2M-sfGFP). Рекомбинантный белок иммобилизовали на полимерных частицах, которые использовали для иммунизации мышей. В работе использовали самок мышей-гибридов F1 (CBA x C57BL) 4–6-месячного возраста массой в среднем 20–25 г. Опытные и контрольные группы включали по 15 животных. Для оценки клеточного иммунного ответа был использован метод внутриклеточного окрашивания цитокинов. Результаты и обсуждение. Показано, что наночастицы на основе сополимера полимолочной кислоты и полиэтиленгликоля способны связывать 10 мкг белка на 1 мг полимера, а микрочастицы на основе полимолочной кислоты — 2,3 мкг белка на 1 мг полимера. Первая группа мышей была иммунизирована конъюгатом частиц на основе сополимера полимолочной кислоты и полиэтиленгликоля диаметром 100 нм с модельным белком. Вторая — смесью этих же частиц с растворимым модельным белком. Третья группа была иммунизирована конъюгатом частиц на основе полимолочной кислоты диаметром 1400 нм с модельным белком. Четвертая — смесью этих же частиц с растворимым модельным белком. Селезенки забирали через 2 недели после четырехкратной внутрибрюшинной иммунизации. Сравнение иммунного ответа в группах было осуществлено при помощи непараметрического критерия Краскела–Уоллиса с поправкой Тьюки. Было показано, что количество антиген-специфических Т-клеток фенотипа CD4+ (Т-хелперов), вырабатываемых к модельному белку, значимо выше при иммунизации мышей конъюгатом частиц и â2M-sfGFP, чем при иммунизации смесью белка и немодифицированных частиц, которая проводилась в контрольных группах. Разница оказалась достоверной (p < 0,001). При этом было установлено, что количество антиген-специфических CD8+ T-клеток к модельному белку β2М-sfGFP во всех исследуемых группах не различалось.

PLA-based microparticlesPLA-PEG-based nanoparticlesvirus “traps”green fluorescent proteinT-cell immune responseмикрочастицы из гомополимера полимолочной кислотынаночастицы из сополимера полимолочной кислоты и полиэтиленгликоля«ловушки» вирусовзеленый флуоресцентный белокклеточный иммунный ответThe study was funded by Russian Science Foundation Grant No. 19-73-10045.Исследование выполнено при финансовой поддержке гранта РНФ № 19-73-10045.1. Поляков Д.С., Антимонова О.И., Сахабеев Р.Г., Грудинина Н.А., Ходова А.Е., Синицына Е.С., Коржиков-Влах В.А., Тенникова Т.Б., Шавловский М.М. Влияние наночастиц из полимолочной кислоты на иммуногенность связанного с ними белка // Инфекция и иммунитет. 2017. Т. 7, № 2. С. 123–129. [Polyakov D.S., Antimonova O.I., Sakhabeev R.G., Grudinina N.A., Khodova A.E., Sinitsyna E.S., Korzhikov-Vlakh V.A., Tennikova T.B., Shavlovsky M.M. Polylactic acid nanoparticles influence on immunogenicity of the protein bound with them. Infektsiya i immunitet = Russian Journal of Infection and Immunity, 2017, vol. 7, no. 2, pp. 123–129. (In Russ.)] doi: 10.15789/2220-7619-2017-2-123-1292. Поляков Д.С., Грудинина Н.А., Соловьев К.В., Егоров В.В., Сироткин А.К., Алейникова Т.Д., Тотолян Арег А., Шавловский М.М. Бета-2-микроглобулиновый амилоидоз: фибриллогенез природного и рекомбинантных бета- 2-микроглобулинов человека // Медицинский академический журнал. 2010. Т. 10, № 2. С. 40–49. [Poyakov D.S., Grudinina N.A., Solovyov K.V., Egorov V.V., Sirotkin A.K., Aleinicova T.D., Totolian Areg A., Shavlovsky M.M. Beta2-microglobuline amyloidosis: fibrillogenesis of natural and recombinant human beta2-microglobulines. Meditsinskii akademicheskii zhurnal = Medical Aсademical Journal, 2010, vol. 10, no. 2, pp. 40–49. (In Russ.)]3. Сахабеев Р.Г., Поляков Д.С., Грудинина Н.А., Вишня А.А., Козловская А.А., Синицына Е.С., Коржиков-Влах В.А., Тенникова Т.Б., Шавловский М.М. Гуморальный иммунный ответ на антиген, иммобилизованный на наночастицах из сополимера полимолочной кислоты и полиэтиленгликоля // Молекулярная медицина. 2019. Т. 17, № 3. С. 32–36. [Sakhabeev R.G., Polyakov D.S., Grudinina N.A., Vishnja A.A., Kozlovskaja A.A., Sinitsyna E.S., KorzhikovVlakh V.A., Tennikova T.B., Shavlovsky M.M. The humoral immune response to the antigen immobilized on nanoparticles of copolymer of polylactic acid and polyethylene glycol. Molekulyarnaya meditsina = Molecular Medicine, 2019, vol. 17, no. 3, pp. 32–36. (In Russ.)] doi: 10.29296/24999490-2019-03-064. Ataman-Önal Y., Munier S., Ganée A., Terrat C., Durand P.Y., Battail N., Verrier B. Surfactant-free anionic PLA nanoparticles coated with HIV-1 p24 protein induced enhanced cellular and humoral immune responses in various animal models. J. Control. Release, 2006, vol. 112, no. 2, pp. 175–185. doi: 10.1016/j.jconrel.2006.02.0065. Ferrari M. Cancer nanotechnology: Opportunities and challenges. Nat. Rev. Cancer, 2005, vol. 5, no. 3, pp. 161–171. doi: 10.1038/nrc15666. Gamvrellis A., Leong D., Hanley J.C., Xiang S.D., Mottram P., Plebanski M. Vaccines that facilitate antigen entry into dendritic cells. Immunol. Cell Biol., 2004, vol. 82, no. 5, pp. 506–516. doi: 10.1111/j.0818-9641.2004.01271.x7. He X.-S., Holmes T.H., Zhang C., Mahmood K., Kemble G.W., Lewis D.B., Arvin A.M. Cellular immune responses in children and adults receiving inactivated or live attenuated influenza vaccines. J. Virol., 2006, vol. 80, no. 23, pp. 11756–11766. doi: 10.1128/jvi.01460-068. Martin-Subero M., Diez-Quevedo C. Mental disorders in HIV/HCV coinfected patients under antiviral treatment for hepatitis C. Psychiatry Res., 2016, vol. 246, pp. 173–181. doi: 10.1016/j.psychres.2016.09.0419. Panyam J., Labhasetwar V. Biodegradable nanoparticles for drug and gene delivery to cells and tissue. Adv. Drug Del. Rev., 2003, vol. 55, no. 3, pp. 329–347. doi: 10.1016/S0169-409X(02)00228-410. Park Y.-M., Lee S.J., Kim Y.S., Lee M.H., Cha G.S., Jung I.D., Han H.D. Nanoparticle-based vaccine delivery for cancer immunotherapy. Immune Network, 2013, vol. 13, no. 5: 177. doi: 10.4110/in.2013.13.5.17711. Peres C., Matos A.I., Conniot J., Sainz V., Zupančič E., Silva J.M., Florindo H.F. Poly(lactic acid)-based particulate systems are promising tools for immune modulation. Acta Biomaterialia, 2017, vol. 48, pp. 41–57. doi: 10.1016/j.actbio.2016.11.01212. Petukhova G., Naikhin A., Chirkova T., Donina S., Korenkov D., Rudenko L. Comparative studies of local antibody and cellular immune responses to influenza infection and vaccination with live attenuated reassortant influenza vaccine (LAIV) utilizing a mouse nasal-associated lymphoid tissue (NALT) separation method. Vaccine, 2009, vol. 27, no. 19, pp. 2580–2587. doi: 10.1016/j.vaccine.2009.02.03513. Saini V., Jain V., Sudheesh M.S., Dixit S., Gaur R.L., Sahoo M.K., Kohli D. Humoral and cell-mediated immune-responses after administration of a single-shot recombinant hepatitis B surface antigen vaccine formulated with cationic poly(l-lactide) microspheres. J. Drug Target., 2010, vol. 18, no. 3, pp. 212–222. doi: 10.3109/1061186090338692014. Solovyov K.V., Polyakov D.S., Grudinina N.A., Egorov V.V., Morozova I.V., Aleynikova T.D., Shavlovsky M.M. Expression in E. coli and purification of the fibrillogenic fusion proteins ttr-sfgfp and β2M-sfGFP. Prep. Biochem. Biotechnol., 2011, vol. 41, no. 4, pp. 337–349. doi: 10.1080/10826068.2010.54843315. Wang Z., Tiruppathi C., Minshall R.D., Malik A.B. Size and dynamics of caveolae studied using nanoparticles in living endothelial cells. ACS Nano, 2009, vol. 3, no. 12, pp. 4110–4116. doi: 10.1021/nn9012274