Американские ученые обнаружили, что углеродные наночастицы могут селективно подавлять активность Т-лимфоцитов и уменьшать симптомы аутоиммунных заболеваний. При этом вводить их предпочтительно под кожу, что приводит к ее временному окрашиванию, напоминающему татуировку. Результаты работы опубликованы в журнале Scientific Reports.
Аутоиммунные заболевания - это группа разнородных по проявлениям болезней (таких как ревматоидный артрит, рассеянный склероз и многие другие), которые имеют общий механизм развития: по каким-либо причинам иммунная система воспринимает ткани собственного организма как чужеродные и атакует их, вызывая хроническое воспаление. При большинстве аутоиммунных заболеваний ключевую роль играет патологическая активация Т-лимфоцитов, которые повреждают клетки, синтезируя активные формы кислорода, в частности, супероксид-радикал. В настоящее время для лечения аутоиммунных заболеваний применяют иммуносупрессанты, которые подавляют иммунитет неселективно, что повышает риск тяжелых инфекций и злокачественных новообразований.
Как было показано в предыдущих работах, функционализированные углеродные наноматериалы, такие как фуллерены или нанотрубки, эффективно нейтрализуют активные формы кислорода, значительно превосходя в этом природные антиоксиданты. Однако многие из них, попадая в организм, формируют волокнистые агрегаты, токсичные для клеток.
Сотрудники Университета Райса и Бэйлоровского медицинского колледжа использовали в своей работе гидрофильные углеродные нанокластеры, функционализированные полиэтиленгликолем (PEG-HCC). Такие наноструктуры обладают мощным антиоксидантным эффектом и нетоксичны для клеток. В ходе эксперимента ученые ввели PEG-HCC под кожу крыс и наблюдали за поведением нанокластеров в организме с помощью антител к полиэтиленгликолю.
Выяснилось, что нанопрепарат селективно поглощается Т-лимфоцитами в селезенке, но не другими иммунными клетками (макрофагами, нейтрофилами, В-лимфоцитами и другими). Он также не затрагивает Т-лимфоциты в вилочковой железе, то есть не влияет на процесс их созревания. Изучение клеток под электронным микроскопом показало, что PEG-HCC в клетках накапливается около митохондрий, которые синтезируют супероксид-радикал и его производные. При этом они не приводят к гибели клетки и постепенно выводятся из нее, обладая обратимым действием.
Подкожное введение препарата приводило к его замедленному высвобождению и, как следствие, к более длительному и равномерному эффекту по сравнению с внутривенной инъекцией.
Эксперименты с культурами крысиных и человеческих Т-лимфоцитов, обработанных PEG-HCC, показали, что препарат эффективно снижает внутриклеточную концентрацию активных форм кислорода и подавляет пролиферацию стимулированных антигенами Т-лимфоцитов. Кроме того, он примерно на 30 процентов уменьшал выработку клетками провоспалительных цитокинов - интерлейкина-2 и интерферона-гамма. Эти эффекты, как и в предыдущем опыте, оказались обратимыми. На нестимулированные клетки PEG-HCC не действовал, то есть его эффекты проявляются только при повышенной выработке супероксида.
На следующем этапе экспериментов ученые вводили PEG-HCC крысам с гиперчувствительностью замедленного типа (опосредованные клетками гипериммунные реакции, лежащие в основе различных заболеваний) и острым аутоиммунным энцефаломиелитом (модель рассеянного склероза). Уже после первой инъекции наблюдалось снижение интенсивности воспаления, а подкожное введение препарата каждые три дня значительно уменьшало клинические и гистологические проявления энцефаломиелита.
Таким образом, PEG-HCC имеет перспективы применения при аутоиммунных заболеваниях, однако для его внедрения в медицинскую практику необходимы многочисленные доклинические и клинические испытания. Ученые отмечают, что, поскольку препарат вызывает временное окрашивание кожи, его можно вводить с помощью микроигл, составленных в форме узора, так что место инъекции будет напоминать временную татуировку. Такой подход может улучшить психологическое состояние пациентов и уменьшить дискомфорт от введения лекарства.
Углеродные наноструктуры давно интересуют биомедицинских исследователей. Так, например, графен оказался хорошим материалом для нейропротезов, наноленты из него применяли для усиления действия полиэтиленгликоля при восстановлении повреждений спинного мозга. Различной формы наночастицы из углерода использовали в экспериментах по прицельной доставке лекарств. Кроме того, графен может найти применение и в диагностике: к примеру, на его основе создали пластырь для диабетиков, который способен автоматически измерять уровень глюкозы и при необходимости вводить сахароснижающий препарат.
Олег Лищук.