Nanopartiküller ve İmmunsistem;

Etkileri ve Güvenilirlikleri

Ecz. Sema ArısoyAnkara Üniversitesi Eczacılık Fakültesi Farmasötik Teknoloji Anabilim Dalı

İmmun Sistem ve ElemanlarıDoğal

bağışıklık (doğal

direnç; özgül olmayan

yanıt)

Edinsel bağışıklık

(kazanılmış ya da özgül

yanıt).

İmmun Sistem ve Elemanları

Doğal Bağışıklık

makrofajlar,

nötrofiller, dendritik hücreler

(DH) doğal

öldürücü hücreler

(NK)

sitokinlerkemokinler

C reaktif protein

kompleman sistem

Edinsel Bağışıklık

B lenfositleri

T lenfositleri

pathogen-associated molecular patterns; PAMP

pattern-recognition receptors; PRR

Toll benzeri reseptörler (Toll-like receptors; TLR)

C-tipi lektin reseptörleri (C-type lectin-like receptors; CLR)

Nükleotid bağlayan oligomerizasyon domenli protein benzeri reseptörler ( nucleotide-binding oligomerization domain protein-like receptors; NOD protein-like receptors; NLR)

RIG-I-benzeri reseptörler (RIG-I-like receptors; RLR)

AIM-2 reseptörleri (Absence in melanoma 2-like receptors; ALR).

PRR’leri beş ana grupta sınıflandırma olasıdır

Nanopartiküler sistemlerle ilaç hedeflenmenin üç temel faydası

vardır

1)Bölge odaklı hedefleme sağlar.2)İn vivo ve in vitro stabilite artar.

3)İlaç yan etkileri azaltılır.

İn-vivo uygulanan nanopartiküllerin tasarımında immun sistemle etkileşimi iyi

değerlendirilmelidir.

Nanopartiküller ve İmmun Sistem Etkileşimi

Partiküller kan dolaşımına katıldığında immun sistemle 3 temel etkileşime girme ihtimalleri söz

konusudur.1)Partiküller immun sistemin savunma

mekanizmasını aktive ederek yıkıma uğrarlar ve vucuttan hızla elimine edilirler.

2)İmmun sisteme toksik etkileri bulunabilir ve patolojik değişikliklere sebep olabilirler.

3)Herhangi bir immun sistem elemanını uyarmazlar ve böylece vucutta beklenen

etkinliği gösterebilirler.

Nanopartiküller ve İmmun Sistem Etkileşimi

Nanopartiküller kan dolaşımına girdiklerinde hücre, protein ve

çözünmüş maddelerden oluşan biyolojik bir sıvıyla karşılaşırlar. Bu

sıvı içerisine enjekte edilmiş nanopartiküllerin yüzeyine büyüklük, şekil ve yüzey

özelliklerinin sonucu olarak afinite gösteren proteinler adsorbe olur ya

da bağlanır.

Nanopartiküller ve İmmun Sistem Etkileşimi

• KORONA

• OPSONİN

• KOMPLEMAN SİSTEM• ANTİKORLAR

• MAKROFAJLAR

Nanopartiküller ve İmmun Sistem Etkileşimi

Nanopartiküllerin etrafını sarmış olan korona tabakası materyalin vücut içerisindeki son çapı ve

final fayda/zarar etkilerini belirler.

Hidrodinamik çap NP’nin çapından oldukça büyüktür. Böbreklerden filtrasyon hızında partikülün çapı

önemlidir. HD ne kadar büyük olursa filtrasyon hızı o kadar düşer ve kanda kalış süresi uzar.

KORONA

Hidrodinamik çap

HD< 5 nm

Nanopartiküller ve İmmun Sistem Etkileşimi

İmmun sistem

hücrelerinin

içerisine alındıktan sonra NP’ler

inflazom adı

verilen ve

inflamatuar

cevabı başlatan sitoplaz

mik multiproteinleri aktive

edebilir.

Bu komplek

sler inflamat

uar sitokin prokürsörlerin

proteolizini

hızlandırır ve

inflamatuar

yanıtı oluştura

cak gerekli

biyoaktif mediatö

rlerin salgılanmasını sağlar.

Bundan sonra

makrofajlar ve

dentritik hücreler tarafınd

an gerekli

enzimler salınmaya başlar.

Nanopartiküler Sistemin Özellikleri ve İmmun Yanıt

Nanopartiküllerin şekil, boyut, yük, hidrofobik ya da

hidrofilik oluşları, yüzey özellikleri gibi fizikokimyasal

özellikleri immun sistem ile etkileşimlerini farklılaştırmaktadır. Özellikle nanopartiküllerin yüzey elektriksel yükleri immun sistem yanıtlarını belirleme açısından

bize önemli ipuçları verir.

1)Partiküllerin YüküPozitif yüklü partiküller negatif yüklü ya da

nötral partiküllerden daha toksiklerdir

Yapısındaki fosfolipitler nedeni ile negatif yüklü olan hücre plazma membranına pozitif yüklü

partiküller daha etkili bağlanırlar.

Hücre içerisine endositoz yolu ile alınarak lipozomlara endozomların içerisinde taşınır,

Bu sırada pozitif yükleri endozomların asidizasyonunu azaltır ve dolayısı ile endozom-

lizozom transferi geciktiriler. Pozitif yükleri nedeni ile plazma membranının

yapısını bozabilir, güçlü mitokondriyal, lizozomal hasara ve otofagositoza sebep olabilirler.

DNA’nın negatif yüklü olması nedeniyle genetik materyale hasar verebilirler.

2)Partiküllerin Hidrofobikliği/Hidrofilikliği

Hidrofilik özellik

İmmun Sistemde Tanınma

3)Partiküllerin Yüzey Özellikleri ve Şekli

Partiküllerin yüzey özellikleri, immun sistemden nanopartiküllerin

kaçmasına ya da kolayca tanınmasına sebep olabilir, immun sistemin vereceği tepkinin yolağını

değiştirebilir. Antikor kaplanmış çubuk biçimindeki partiküller küresel

olanlarına göre farklı yollar ile makrofajlar tarafından elimine

edilmiştir(daha yüksek spesifik alım, daha düşük spesifik olmayan alım).

4)Partiküllerin Boyutu

500 nm den büyük nanopartiküllerin kendisi ile aynı yüzey özelliklerine ve birleşime sahip olanlardan daha hızlı makrofajlar tarafından tutulduğu gözlenmiştir.

Özellikle virus-boyutlu(20-200 nm) arasındaki partiküller hızlı ve etkili bir şekilde makrofajlar

tarafından tutulmaktadırlar.

25 nm boyutu gibi küçük partiküller 100 nm gibi görece daha büyük partiküllere göre daha lenfatik

sistemde daha rahat dolaşabilirler. 100 nm boyutunda nanopartiküller dolaşımda iken dentritik hücreleri

uyarırlar ve immun sistemi aktive ederler.

Nanopartiküllerin İmmun Sisteme Etkileri

1)İmmunsupresif etki

Nanopartiküllerin neden olduğu immunsupresyon vucudun

enfeksiyon ve kanser hücrelerine karşı direncini

azaltabilir. Diğer taraftanda allerji ve otoimmun

hastalıkların tedavisinde ve organ reddinin önlenmesinde bir avantaj

haline dönmektedir.

2)İmmunsitimulan etki

Son çalışmalar kompleman sistemin tümör bölgesinde aktive olması sonucunda tümörle ilişkili immun hücrelerin aktive olacağı ve bunların tümor destekleyen fenotiplerine dönüşeceği böylece kanserin ilerlemesini sitimule edeceğini göstermektedir.

Diğer bir taraftan eğer partiküller sub-kütan ve intradermal yolla uygulandı ise ve aşılama yapılmak isteniyorsa partiküllerin kompleman sistemi uyarması aşılamanın gerçekleşmesi için faydalı olacaktır.

Nanopartiküllerin immunojenesite özellikleri büyük ilgi toplamaktadır. Nanopartiküller antijenik etki gösterebildikleri için zayıf antijenlerle formüle edilerek adjuvan olarak işlev görürler. Aşı formülasyonlarında kullanılarak etkinlik arttırılabilmektedir.Birçok immun stimulan etki

sitokin salınımı ile ortaya çıkmaktadır. Altın koloit, dendrimer, polimer ve lipit nanopartiküller ile yapılan çalışmalarda sitokin salımınının gerçekleştiği görülmüştür.

Nanopartikül büyüklüğünün sitokin salımının başlatılmasında esas sebep olduğu belirtilmektedir. Karbon nanotüplerinin uzunluğu ile sub-kütan inflamasyonun şiddeti arasında korelasyon olduğu görülmüştür.

1 mg SWCNTs

5 mg CpG DNA

5 mL % 5 dekstroz

-hidrojene fosfatidil kolin-metoksi poli-etilen

-glikol distearil fosfatidil etanol amin-kolesterol

lipozom

100 mg PLGA5 mL

Diklorometan/aseton

20 mL2,5 mg/mL

PVA

20 mL6 mg/mL kitozan

50 mg PLGA5 mL etil asetat

50 mg PLGA5 mL asetonitril

10 mg/mL PF68

15 ml su

SONUÇNanopartiküllerin mutlaka in-vivo

çalışması yapılmalı.Sitokin salınımı ve T lenfositlerin

toksisitesi değerlendirilmeli.Taşıyıcı sistemin ilaçsız

güvenilirliği test edilmeli.

KAYNAKLAR Minireview: Nanoparticles and the Immune System, Banu S. Zolnik, A´ frica Gonza´ lez-Ferna´

ndez, Nakissa Sadrieh,and Marina A. Dobrovolskaia, Endocrinology 151: 458– 465, 2010 Bağışıklık Sistemi ve Yetersizlikleri, İ. Ü. Cerhhapaşa Tıp Fakültesi Sürekli Eğitim

Sempozyumu, Y. Camcıoğlu, 2013, İstanbul Nanoparticles and Immunsystem; Safety and Effects, Diana Boraschi, Albert Duschl, 2014,

Oxford, Factors Controlling Nanoparticle Pharmacokinetics: An Integrated Analysis and Perspective,

S.M. Moghimi,1 A.C. Hunter,2 and T.L. Andresen3, Annu. Rev. Pharmacol. Toxicol. 2012. 52:481–503.

Manipulating the antigen-specific immune response by the hydrophobicity of amphiphilic poly(g-glutamic acid) nanoparticles Fumiaki Shima , Takami Akagi ,Tomofumi Uto , Mitsuru Akashi , Biomaterials 34 (2013) 9709-9716.

Biomedical Nanoparticles: Overview of Their Surface Immune-Compatibility Olimpia Gamucci, Alice Bertero, Mariacristina Gagliardi and Giuseppe Bardi, Coatings 2014, 4, 139-159.

Metal-Based Nanoparticles and the Immune System: Activation, Inflammation, and Potential Applications, Yueh-Hsia Luo, Louis W. Chang and Pinpin Lin, Hindawi Publishing,2014.

Liposome promotion of tumor growth is associated with angiogenesis and inhibition of antitumor immune responses, Manoj K. Sabnani, Robin Rajan, Bradley Rowland, Vikram Mavinkurve, Laurence M. Wood,Alberto A. Gabizon, MD, PhDb, Ninh M. La-Beck, PharmaDa, Nanomedicine: Nanotechnology, Biology, and Medicine 11 (2015) 259–262.

KAYNAKLAR Surface coating mediates the toxicity of polymeric nanoparticles towards human-like macrophages

Nadège Grabowski , Hervé Hillaireau, Juliette Vergnaud, Nicolas Tsapis, Marc Pallardy, Saadia Kerdine-Römer, Elias Fattal, International Journal of Pharmaceutics 482 (2015) 75–83.

Clear and present danger Engineered, Nanoparticles and the immune system, Bengt Fadeel, Current opinion, 2012.

Preparation of immunostimulatory single-walled carbon nanotube/CpG DNA complexes and evaluation of their potential in cancer immunotherapy Shuwen Zhou, Yasuhiko Hashida, Shigeru Kawakami, Junya Mihara, Tomokazu Umeyama, Hiroshi Imahori, Tatsuya Murakami, Fumiyoshi Yamashita, Mitsuru Hashida, International Journal of Pharmaceutics 471 (2014) 214–223.

TEŞEKKÜRLER..