Russian Journal of PhysiologyRussian Journal of PhysiologyРоссийский физиологический журнал им. И.М. Сеченова0869-81392658-655XThe Russian Academy of Sciences65159110.31857/S0869813923030093FSXLJIEXPERIMENTAL ARTICLESЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ СТАТЬИImmune Response to the Introduction of Fibrillogenic β2-Microglobulin Protein Conjugated with Different Types of Polymer ParticlesИммунный ответ на введение фибриллогенного белка β2-микроглобулина, конъюгированного с различными типами полимерных частицSakhabeevR. G.СахабеевР. Г.helm505@mail.ruPolyakovD. S.ПоляковД. С.helm505@mail.ruSinitsynaE. S.СиницынаЕ. С.helm505@mail.ruKorzhikova-VlakhE. G.Коржикова-ВлахЕ. Г.helm505@mail.ruKorzhikov-VlakhV. A.Коржиков-ВлахВ. А.helm505@mail.ruShavlovskyM. M.ШавловскийМ. М.helm505@mail.ruSt. Petersburg Institute of Technology (Technical University)Санкт-Петербургский технологический институт (Технический университет)Institute of Experimental MedicineИнститут экспериментальной медициныInstitute of Macromolecular Compounds, Russian Academy of SciencesИнститут высокомолекулярных соединений РАНSaint-Petersburg State UniversityСанкт-Петербургский государственный университетru010320232023109337538501022025Received:01022025Published:01032023Copyright ©; 2023, Р.Г. Сахабеев, Д.С. Поляков, Е.С. Синицына, Е.Г. Коржикова-Влах, В.А. Коржиков-Влах, М.М. ШавловскийCopyright ©; 2023, Р.Г. Сахабеев, Д.С. Поляков, Е.С. Синицына, Е.Г. Коржикова-Влах, В.А. Коржиков-Влах, М.М. Шавловский2023Р.Г. Сахабеев, Д.С. Поляков, Е.С. Синицына, Е.Г. Коржикова-Влах, В.А. Коржиков-Влах, М.М. ШавловскийР.Г. Сахабеев, Д.С. Поляков, Е.С. Синицына, Е.Г. Коржикова-Влах, В.А. Коржиков-Влах, М.М. Шавловскийhttps://journals.eco-vector.com/0869-8139/article/view/651591

The effect of the composition and size of polymeric particles on the immunogenicity of the fibrillogenic β2-microglobulin protein immobilized on their surface was studied. For this purpose, nanoparticles (NP) based on a copolymer of L-glutamic acid and L-phenylalanine (P(Glu-co-Phe)) and a block copolymer of poly(ethylene glycol) with poly(lactic acid) (PEG-b-PLA) as well as microparticles (MP) based on poly(lactic acid) (PLA) were selected. α-L-amino acid copolymer-based nanoparticles were prepared by gradient phase inversion, and PEG-b-PLA-based nanoparticles by nanoprecipitation. Double emulsion method was used to form polymeric microparticles based on PLA. Recombinant chimeric model protein beta-2-microglobulin-green fluorescent protein (β2M-sfGFP) was used to covalently modify all types of polymeric particles followed by immunization of four groups of laboratory animals equal in number. An enzyme immunoassay method was used to evaluate the humoral immune response. In three experimental groups, mice were immunized using poly(amino acid)-based nanoparticles (NP-PAA) and PEG-b-PMC (NP-PLA) as well as PLA microparticles containing immobilized β2M-sfGFP on the surface. The control group was immunized using a physical mixture of PEG-b-PLA nanoparticles and free β2M-sfGFP. The highest level of antibodies to sfGFP in blood serum was found when mice were immunized with a mixture of protein and nanoparticles. When mice were immunized with β2M-sfGFP-modified nanoparticles, the amount of antibodies to sfGFP was statistically significantly lower (p<0.001) compared to the control group. However, the groups immunized with nanoparticles of similar size but different composition conjugated to the model proteins did not differ significantly among themselves. It was also found that the size of the particles affects the immunogenicity of the associated protein. A similar pattern of relative antibody content in the sera of mice was maintained at all steps of immunization.

В работе изучали влияние состава и размера полимерных частиц на иммуногенность фибриллогенного белка β2-микроглобулина, иммобилизованного на их поверхности. С этой целью использовали наночастицы (НЧ) на основе сополимера L-глутаминовой кислоты и L-фенилаланина (П(Глу-co-Фен)) и блок-сополимера поли(этиленгликоля) с поли(молочной кислотой) (ПЭГ-б-ПМК), а также микрочастицы (МЧ) на основе поли(молочной кислоты) (ПМК). НЧ на основе сополимера α-L-аминокислот получали методом градиентной инверсии фаз, а НЧ на основе ПЭГ-б-ПМК – методом наноосаждения. Для формирования полимерных МЧ на основе ПМК использовали метод двойной эмульсии. Рекомбинантный химерный модельный белок бета-2-микроглобулин-зеленый флуоресцентный белок (β2M-sfGFP) использовали для ковалентной модификации всех типов полимерных частиц с последующей иммунизацией четырех равных по численности групп лабораторных животных. Для оценки гуморального иммунного ответа использовали метод иммуноферментного анализа. В трех экспериментальных группах проводили иммунизацию мышей с использованием НЧ на основе полиаминокислот (НЧ-ПАК) и ПЭГ-б-ПМК (НЧ-ПМК), а также МЧ ПМК, содержащих на поверхности иммобилизованный β2М-sfGFP. Иммунизацию контрольной группы проводили с использованием физической смеси НЧ ПЭГ-б-ПМК и свободного β2М-sfGFP. Наибольший уровень антител к sfGFP в сыворотке крови содержался в случае иммунизации мышей смесью белка и НЧ. При иммунизации мышей НЧ, модифицированными β2M-sfGFP, количество антител к sfGFP было значимо ниже (p < 0.001) по сравнению с контрольной группой. Однако между собой группы, иммунизированные НЧ схожего размера, но разного состава, конъюгированные с модельными белком, достоверно не отличались. Также установлено, что размер частиц влияет на иммуногенность связанного с ними белка. Аналогичная картина относительного содержания антител в сыворотках крови мышей сохранялась на всех этапах иммунизации.

immunizationimmune responseprotein antigenpolymeric micro- and nanoparticlescomplex antigensиммунизацияиммунный ответбелковый антигенполимерные микро- и наночастицыкомплексные антигеныRawal S, Patel MM (2019) Threatening cancer with nanoparticle aided combination oncotherapy. J Control Release 301: 76–109. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2019.03.015Kumar B, Jalodia K, Kumar P, Gautam HK (2017) Recent advances in nanoparticle-mediated drug delivery. J Drug Deliv Sci Technol 41: 260–268. https://doi.org/10.1016/j.jddst.2017.07.019Polyakov D, Sinitsyna E, Grudinina N, Antipchik M, Sakhabeev R, Korzhikov-Vlakh V, Shavlovsky M, Korzhikova-Vlakh E, Tennikova T (2021) Polymer Particles Bearing Recombinant LEL CD81 as Trapping Systems for Hepatitis C Virus. Pharmaceutics 13: 672. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics13050672Pati R, Shevtsov M, Sonawane A (2018) Nanoparticle Vaccines Against Infectious Diseases. Front Immunol 9: 02224. https://doi.org/10.3389/fimmu.2018.02224Tewabe A, Abate A, Tamrie M, Seyfu A, Abdela Siraj E (2021) Targeted Drug Delivery — From Magic Bullet to Nanomedicine: Principles, Challenges, and Future Perspectives. J Multidiscip Health14: 1711–1724. https://doi.org/10.2147/JMDH.S313968Oyewumi MO, Kumar A, Cui Z (2010) Nano-microparticles as immune adjuvants: correlating particle sizes and the resultant immune responses. Expert Rev Vaccines 9: 1095–1107. https://doi.org/10.1586/erv.10.89Ben-Akiva E, Est Witte S, Meyer RA, Rhodes KR, Green JJ (2019) Polymeric micro- and nanoparticles for immune modulation. Biomater Sci 7: 14–30. https://doi.org/10.1039/C8BM01285GMarin E, Briceno ML, Caballero-George C (2013) Critical evaluation of biodegradable polymers used in nanodrugs. Int J Nanomedicine 8: 3071–3091. https://doi.org/10.2147/IJN.S47186Elmowafy EM, Tiboni M, Soliman ME (2019) Biocompatibility, biodegradation and biomedical applications of poly(lactic acid)/poly(lactic-co-glycolic acid) micro and nanoparticles. J Pharm Invest 494 (49): 347–380. https://doi.org/10.1007/S40005-019-00439-XIudin D, Zashikhina N, Demyanova E, Korzhikov-Vlakh V, Shcherbakova E, Boroznjak R, Tarasenko I, Zakharova N, Lavrentieva A, Skorik Y, Korzhikova-Vlakh E (2020) Polypeptide self-assembled nanoparticles as delivery systems for polymyxins B and E. Pharmaceutics 12: 868. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics12090868Boddu SHS, Bhagav P, Karla PK, Jacob S, Adatiya MD, Dhameliya TM, Ranch KM, Tiwari AK (2021) Polyamide/Poly(Amino Acid) Polymers for Drug Delivery. J Funct Biomater 12: 58. https://doi.org/10.3390/jfb12040058Richard A, Margaritis A (2001) Poly(Glutamic Acid) for Biomedical Applications. Crit Rev Biotechnol 21: 219–232. https://doi.org/10.1080/07388550108984171Zhang Y, Song W, Lu Y, Xu Y, Wang C, Yu DG, Kim I (2022) Recent Advances in Poly(α-L-glutamic acid)-Based Nanomaterials for Drug Delivery. Biomolecules 12: 636. https://doi.org/10.3390/biom12050636Singer JW (2005) Paclitaxel poliglumex (XYOTAXTM, CT-2103): A macromolecular taxane. J Control Release 109: 120–126. https://doi.org/10.1016/j.jconrel.2005.09.033Vonarbourg A, Passirani C, Saulnier P, Benoit JP (2006) Parameters influencing the stealthiness of colloidal drug delivery systems. Biomaterials 27: 4356–4373. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2006.03.039He C, Hu Y, Yin L, Tang C, Yin C (2010) Effects of particle size and surface charge on cellular uptake and biodistribution of polymeric nanoparticles. Biomaterials 31: 3657–3666. https://doi.org/10.1016/j.biomaterials.2010.01.065Solovyov K V., Polyakov DS, Grudinina NA, Egorov VV, Morozova IV, Aleynikova TD, Shavlovsky MM (2011) Expression in E. coli and purification of the fibrillogenic fusion proteins ttr-sfgfp and β2M-sfGFP. Prep Biochem Biotechnol 41: 337–349. https://doi.org/10.1080/10826068.2010.548433Zashikhina N, Sharoyko V, Antipchik M, Tarasenko I, Anufrikov Y, Lavrentieva A, Tennikova T, Korzhikova-Vlakh E (2019) Novel Formulations of C-Peptide with Long-Acting Therapeutic Potential for Treatment of Diabetic Complications. Pharmaceutics 11: 27. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics11010027Sinitsyna E, Bagaeva I, Gandalipov E, Fedotova E, Korzhikov-Vlakh V, Tennikova T, Korzhikova-Vlakh E (2022) Nanomedicines Bearing an Alkylating Cytostatic Drug from the Group of 1,3,5-Triazine Derivatives: Development and Characterization. Pharmaceutics 14: 2506. https://doi.org/10.3390/pharmaceutics14112506Korzhikov V, Averianov I, Litvinchuk E, Tennikova TB (2016) Polyester-based microparticles of different hydrophobicity: the patterns of lipophilic drug entrapment and release. J Microencapsul 33: 199–208. https://doi.org/10.3109/02652048.2016.1144818Korzhikov-Vlakh V, Averianov I, Sinitsyna E, Nashchekina Y, Polyakov D, Guryanov I, Lavrentieva A, Raddatz L, Korzhikova-Vlakh E, Scheper T, Tennikova T (2018) Novel Pathway for Efficient Covalent Modification of Polyester Materials of Different Design to Prepare Biomimetic Surfaces. Polymers 10: 1299. https://doi.org/10.3390/polym10121299Polyakov DS, Antimonova OI, Sakhabeev RG, Grudinina NA, Khodova AE, Sinitsyna ES, Korzhikov-Vlakh VA, Tennikova TB, Shavlovsky M (2017) Poly(lactic acid) nanoparticles influence on immunogenicity of the protein bound with them. Russ J Infect Immun 7: 123–129. https://doi.org/10.15789/2220-7619-2017-2-123-129Joshi VB, Geary SM, Salem AK (2013) Biodegradable Particles as Vaccine Delivery Systems: Size Matters. AAPS J 15: 85–94 . https://doi.org/10.1208/s12248-012-9418-6Fifis T, Gamvrellis A, Crimeen-Irwin B, Pietersz GA, Li J, Mottram PL, McKenzie IFC, Plebanski M (2004) Size-Dependent Immunogenicity: Therapeutic and Protective Properties of Nano-Vaccines against Tumors. J Immunol 173: 3148–3154. https://doi.org/10.4049/jimmunol.173.5.3148