Preview

Бюллетень сибирской медицины

Расширенный поиск

Модификация макрофагов и моноцитов человека магнитными наночастицами in vitro для доставки, опосредованной клетками

https://doi.org/10.20538/1682-0363-2020-4-143-150

Полный текст:

Аннотация

Цель исследования – разработать протокол модификации макрофагов и моноцитов человека магнитными наночастицами оксида железа (Fe3O4) in vitro.

Материалы и методы. Магнитные наночастицы оксида железа получены методом со-осаждения, покрыты силоксановой оболочкой и полиэтиленгликолем 3000. Макрофаги мыши линии RAW 264.7, моноциты периферической крови и макрофаги человека  инкубировали с магнитными наночастицами в течение 1–24 ч. Эффективность захвата наночастиц клетками оценивали феррозиновым методом и методом микроскопии с окрашиванием на железо по Перлсу. Исследование жизнеспособности клеток выполняли методом проточной цитофлуориметрии с использованием красителя SYTOX Green.

Результаты. Инкубация макрофагов с магнитными наночастицами в концентрации ˃5 мкг/мл в течение 1 ч на ротаторе при 37 оС обеспечивает загрузку наночастиц в >99% клеток. Исследуемые магнитные наночастицы не оказывают негативных эффектов на жизнеспособность клеток. Клетки линии RAW 264.7, поглотившие наночастицы, сохраняют миграционную активность. Эффективность загрузки макрофагов магнитными наночастицами составляет ˃50 пкг (Fe)/клетку.

Заключение. Макрофаги, загруженные магнитными наночастицами согласно предложенному протоколу, являются жизнеспособными, сохраняют способность к миграции и перспективны в качестве систем доставки, опосредованной клетками, для  диагностики и терапии опухоли.

Об авторах

Н. А. Перекуча
Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)
Россия

мл. науч. сотрудник, Центр биологических исследований и биоинженерии Центральной
научно-исследовательской лаборатории

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2



П. А. Смолина
Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ)
Россия

студент

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2



А. М. Дёмин
Институт органического синтеза (ИОС) им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (УрО РАН)
Россия

канд. хим. наук, ст. науч. сотрудник, лаборатория асимметрического синтеза

Россия, 620990, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 22



В. П. Краснов
Институт органического синтеза (ИОС) им. И.Я. Постовского Уральского отделения Российской академии наук (УрО РАН)
Россия
д-р хим. наук, профессор, зав. лабораторией асимметрического синтеза

Россия, 620990, г. Екатеринбург, ул. С. Ковалевской, 22



А. Г. Першина
Сибирский государственный медицинский университет (СибГМУ); Национальный исследовательский Томский политехнический университет (НИ ТПУ)
Россия

канд. биол. наук, зав. центра биологических исследований и биоинженерии Центральной научно-исследовательской лаборатории; доцент, Исследовательская школа химических и биомедицинских технологий 

Россия, 634050, г. Томск, Московский тракт, 2

Россия, 634050, г. Томск, пр. Ленина, 30



Список литературы

1. Liu X., Zhang Y., Wang Y., Zhu W., Li G., Ma X. et al. Comprehensive understanding of magnetic hyperthermia for improving antitumor therapeutic efficacy. Theranostics. 2020; 10 (8): 3793–3815. DOI: 10.7150/thno.40805.

2. Yu E.Y., Bishop M., Zheng B., Ferguson R.M., Khandhar A.P., Kemp S.J. et al. Magnetic Particle Imaging: A Novel in vivo imaging platform for cancer detection. Nano Lett. 2017; 17 (3): 1648–1654. DOI: 10.1021/acs.nanolett.6b04865.

3. Lee J., Huh Y., Jun Y., Seo J., Jang J., Song H. et al. Artificially engineered magnetic nanoparticles for ultra- sensitive molecular imaging. Nat. Med. 2007; 13 (1): 95– 99. DOI: 10.1038/nm1467.

4. Huang Y., Gao X., Chen J. Leukocyte-derived biomimetic nanoparticulate drug delivery systems for cancer therapy. Acta Pharmaceutica Sinica B. 2018; 8 (1): 4–13. DOI: 10.1016/j.apsb.2017.12.001.

5. Shaghasemi S.B., Virk M.M., Reimhult E. Optimization of magneto-thermally controlled release kinetics by tuning of magnetoliposome composition and structure. Scientific Reports. 2017; 7 (1): 1–10. DOI: 10.1038/s41598-017- 06980-9.

6. Zhao H., Richardson R., Talebloo N., Mukherjee P., Wang P., Moore A. uMUC1-targeting magnetic resonance imaging of therapeutic response in an orthotropic mouse model of colon cancer. Mol. Imaging Biol. 2019; 21 (5): 852–860. DOI: 10.1007/s11307-019-01326-5.

7. Wilhelm S., Tavares A.J., Dai Q., Ohta S., Audet J., Dvorak H.F. et al. Analysis of nanoparticle delivery to tumours. Nature Reviews Materials. 2016; 1 (5): 16014. DOI: 10.1038/natrevmats.2016.14.

8. Huang Y., Gao X., Chen J. Leukocyte-derived biomimetic nanoparticulate drug delivery systems for cancer therapy. Acta Pharmaceutica Sinica B. 2018; 8 (1): 4–13. DOI: 10.1016/j.apsb.2017.12.001.

9. Choi M.R., Stanton-Maxey K.J., Stanley J.K., Levin C.S., Bardhan R., Akin D. et al. A cellular Trojan Horse for delivery of therapeutic nanoparticles into tumors. Nano Letters. 2007; 7 (12): 3759–3765. DOI: 10.1021/nl072209h.

10. Moore T.L., Hauser D., Gruber T., Rothen-Rutishauser B., Lattuada M., Petri-Fink A. et al. Cellular shuttles: monocytes/macrophages exhibit transendothelial transport of nanoparticles under physiological flow. ACS Applied Materials & Interfaces. 2017; 9 (22): 18501–18511. DOI: 10.1021/acsami.7b03479.

11. Han H., Eyal S., Portnoy E., Mann A., Shmuel M., Benifla M. et al. Monocytes as carriers of magnetic nanoparticles for tracking inflammation in the epileptic rat brain. Curr. Drug Deliv. 2019; 16 (7): 637–644. DOI: 10.2174/1567201816666190619122456.

12. Steinfeld U., Pauli C., Kaltz N., Bergemann C., Lee H.-H. T lymphocytes as potential therapeutic drug carrier for cancer treatment. International Journal of Pharmaceutics. 2006; 311 (1–2): 229–236. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2005.12.040.

13. Si J., Shao S., Shen Y., Wang K. Macrophages as active nanocarriers for targeted early and adjuvant cancer chemotherapy. Small. 2016; 12 (37): 5108–5119. DOI: 10.1002/smll.201601282.

14. Quatromoni J.G., Eruslanov E. Tumor-associated macrophages: function, phenotype, and link to prognosis in human lung cancer. American Journal of Translational Research. 2012; 4 (4): 376–389.

15. Anselmo A.C., Gilbert G.B., Kumar S., Gupte V., Cohen R.E., Rubner M.F. et al. Monocyte-mediated delivery of polymeric backpacks to inflamed tissues: a generalized strategy to deliver drugs to treat inflammation. Journal of Controlled Release. 2015; 199: 29–36. DOI: 10.1016/j.jconrel.2014.11.027.

16. Hao J., Chen J., Wang M., Zhao J., Wang J., Wang X. et al. Neutrophils, as “Trojan horses”, participate in the delivery of therapeutical PLGA nanoparticles into a tumor based on the chemotactic effect. Drug Deliv. 2020; 27 (1): 1–14. DOI: 10.1080/10717544.2019.1701141.

17. Irvine D.J., Hanson M.C., Rakhra K., Tokatlian T. Synthetic nanoparticles for vaccines and immunotherapy. Chemical Reviews. 2015; 115 (19): 11109–11146. DOI: 10.1021/acs.chemrev.5b00109.

18. Dong X., Chu D., Wang Z. Leukocyte-mediated delivery of nanotherapeutics in inflammatory and tumor sites. Theranostics. 2017; 7 (3): 751–763. DOI: 10.7150/thno.18069.

19. Cao H., Dan Z., He X., Zhang Z., Yu H., Yin Q. et al. Liposomes coated with isolated macrophage membrane can target lung metastasis of breast cancer. ACS Nano. 2016; 10 (8): 7738–7748. DOI: 10.1021/acsnano.6b03148.

20. Tong Y.-I., Kang W., Shi Y., Zhou G., Lu Y. Physiological function and inflamed-brain migration of mouse monocyte- derived macrophages following cellular uptake of superparamagnetic iron oxide nanoparticles – Implication of macrophage-based drug delivery into the central nervous system. Int. J. Pharm. 2016; 505 (1–2): 271–282. DOI: 10.1016/j.ijpharm.2016.03.028.

21. Pershina A.G., Brikunova O.Y., Perekucha N.A., Demin A.M., Shevelev O.B., Malkeyeva D., Kiseleva E., Minin A., Kostikova L.A., Stepanov I.V., Kuznetsov D.K., Shur V.Ya., Krasnov V.P. Supporting data and methods for the characterization of iron oxide nanoparticles conjugated with pH-(low)-insertion peptide, testing their cytotoxicity and analyses of biodistribution in SCID mice bearing MDA- MB231 tumor. Data in Brief. 2020; 29: 105062. DOI: 10.1016/j.dib.2019.105062.

22. Justus C.R., Leffler N., Ruiz-Echevarria M., Yang L.V. In vitro cell migration and invasion assays. J. Vis. Exp. 2014; (88): 51046. DOI: 10.3791/51046.

23. Basel M.T., Balivada S., Wang H., Shrestha T. Cell- delivered magnetic nanoparticles caused hyperthermia- mediated increased survival in a murine pancreatic cancer model. International Journal of Nanomedicine. 2012; 7: 297–306. DOI: 10.2147/IJN.S28344.

24. Madsen S.J., Christie C., Hong S.J., Trinidad A., Peng Q., Uzal F.A. et al. Nanoparticle-loaded macrophage-mediated photothermal therapy: potential for glioma treatment. Lasers in Medical Science. 2015; 30 (4): 1357–1365. DOI: 10.1007/s10103-015-1742-5.

25. Choi J., Kim H.Y., Ju E.J., Jung J., Park J., Chung H.K. et al. Use of macrophages to deliver therapeutic and imaging contrast agents to tumors. Biomaterials. 2012; 33 (16): 4195–4203. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2012.02.022.

26. Beduneau A., Ma Z., Grotepas C.B., Kabanov A., Rabinow B.E., Gong N. et al. Facilitated monocyte-macrophage uptake and tissue distribution of superparmagnetic iron-oxide nanoparticles. PLoS ONE. 2009; 4 (2): e4343. DOI: 10.1371/journal.pone.0004343.

27. Luciani N., Gazeaua F., Wilhelm C. Reactivity of the monocyte/macrophage system to superparamagnetic anionic nanoparticles. J. Mater. Chem. 2009; 19 (35): 6373–6380. DOI: 10.1039/b903306h.


Для цитирования:


Перекуча Н.А., Смолина П.А., Дёмин А.М., Краснов В.П., Першина А.Г. Модификация макрофагов и моноцитов человека магнитными наночастицами in vitro для доставки, опосредованной клетками. Бюллетень сибирской медицины. 2020;19(4):143-150. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2020-4-143-150

For citation:


Perekucha N.A., Smolina P.A., Demin A.M., Krasnov V.P., Pershina A.G. Modification of human monocytes and macrophages by magnetic nanoparticles in vitro for cell-based delivery. Bulletin of Siberian Medicine. 2020;19(4):143-150. https://doi.org/10.20538/1682-0363-2020-4-143-150

Просмотров: 220


Creative Commons License
Контент доступен под лицензией Creative Commons Attribution 4.0 License.


ISSN 1682-0363 (Print)
ISSN 1819-3684 (Online)