Valutazione in vitro dell’argento colloidale sulla funzione immunitaria: Attività antilinfoproliferativa
- Abstract
- 1. Introduzione
- 2. Materiali e metodi
- 2.1. Argento colloidale (AgC)
- 2.2. I reagenti
- 2.3. Caratterizzazione AgC
- 2.4. L’isolamento delle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC)
- 2,5. Vitalità cellulare
- 2.6. Analisi delle citochine
- 2.7. La proliferazione e il test IL-2
- 2.8. Determinazione della produzione di nitriti/nitrati
- 2.9. L’analisi della citometria a flusso degli antigeni di superficie delle cellule
- 2.10. FITC-Dextran Uptake
- 2.11. Analisi statistica
- 3. Risultati
- 3.1. Argento colloidale Caratterizzazione
- 3.2. Determinazione della proliferazione cellulare e della produzione di IL-2
- 3.3. Effetto citotossico di AgC sulle linee cellulari linfoidi e leucemiche
- 3.4. La determinazione delle citochine
- 3.5. Fenotipizzazione dei marcatori di superficie cellulare
- 3.6. Perossinitriti e assorbimento di determinazioni FITC-destrano
- 4. Discussione
- Interessi concorrenti
- Riconoscimenti
Abstract
L’argento colloidale (AgC) è attualmente utilizzato dagli esseri umani e può essere interiorizzato attraverso inalazione, iniezione, ingestione e contatto cutaneo. Tuttavia, ci sono informazioni limitate sull’attività immunologica; sono necessarie ulteriori indagini utilizzando l’argento colloidale. Nel presente studio, gli effetti di AgC (17.5 ng/mL) su parametri immunologici (proliferazione e immunofenotipizzazione) utilizzando cellule mononucleate del sangue periferico umano (PBMC) e macrofagi (fagocitosi) e citotossicità su linee cellulari tumorali leucemiche e linfomatiche (da 1,75 a 17,5 ng/mL) sono stati studiati. AgC è stato osservato per ridurre significativamente () la produzione di interleuchina-2 (IL-2) e la proliferazione indotta da fitoemagglutinina o concanavalina A in PBMC senza influire sulla sua vitalità cellulare ma con effetto citotossico sulle cellule tumorali. La produzione di citochine IL-2, IL-4, IL−6, IL-10, INF-γ e IL-17A e i fenotipi CD3+, CD3-CD19+, CD3+CD4+, CD3+CD8+ e CD16+CD56+ PBMC non sono stati influenzati da AgC. Il presente studio dimostra che l’argento colloidale è innocuo e non tossico per le cellule del sistema immunitario e la sua capacità di interferire con la risposta immunitaria diminuendo la proliferazione cellulare quando stimolata con mitogeni ha dimostrato il potenziale antilinfoproliferativo di AgC.
1. Introduzione
La bioattività delle sostanze è stata sottoposta a screening per identificare le proprietà legate all’azione antitumorale o antiproliferativa . I prodotti con questa attività sono stati utilizzati nella pratica clinica per il trattamento del cancro o delle malattie legate all’infiammazione come l’autoimmunità. I prodotti in argento sono stati utilizzati per migliaia di anni per l’igiene e come agenti antimicrobici. Dal 1964, l’argento colloidale (AgC) è stato registrato come materiale biocida negli Stati Uniti ; in Messico, l’AgC è comunemente usato come disinfettante dell’acqua e degli alimenti per il consumo umano . Generalmente, questi prodotti sono un mix di nanoparticelle metalliche con stato di ossidazione di zero (Ag+0) e sali d’argento con stati di ossidazione di Ag+1, +2 o +3 . Ci sono studi che indicano che le proprietà antibatteriche e antitumorali dipendono dagli stati di ossidazione dell’argento . Le nanoparticelle d’argento (AGNP) e gli ioni d’argento (Ag+) hanno diversi livelli di tossicità a causa delle loro interazioni superficiali di carica. Gli ioni d’argento sono più tossici, perché possono interagire con negativo gruppi di proteine, producendo cambiamenti strutturali sulla membrana cellulare e proteine citoplasmatiche, mentre AgNPs possono interagire con il DNA, causando danni strutturali e di blocco; alcuni studi hanno proposto che queste nanostrutture in grado di produrre un aumento della tossicità a lunga esposizione per via del fatto che AgNPs in soluzioni acquose possono ossidarsi e rilascio di ioni d’argento; il buon uso di argento colloidale soluzioni può essere spiegato da questo meccanismo d’azione . L’attività antitumorale di AgC sulle cellule tumorali MCF-7 è probabilmente dovuta all’apoptosi indotta diminuendo la lattato deidrogenasi e aumentando le attività della superossido dismutasi; al contrario, in PBMC, l’attività della lattato deidrogenasi è diminuita con AgC, ma non è correlata alla morte cellulare . Ci sono scarse informazioni scientifiche sui parametri immunologici e tumorali nell’uomo per quanto riguarda gli effetti dell’argento colloidale, come un mix di nanoparticelle e ioni, rispetto alla ricerca sulle nanoparticelle d’argento. Il presente studio è stato progettato per esplorare le proprietà antiproliferative dell’argento colloidale e il suo effetto sull’immunofenotipizzazione cellulare, sulla produzione di citochine e sulla fagocitosi sul PBMC.
2. Materiali e metodi
2.1. Argento colloidale (AgC)
L’argento colloidale stabilizzato alla grenetina è stato acquistato da MICRODYN (México) come soluzione di riserva allo 0,35%. È stato sterilizzato mediante filtrazione (filtro da 0,2 µm, Millipore, USA) e diluito ad una concentrazione di 10,5 µg/mL con RPMI-1640, integrato con 10% FBS per saggi in vitro.
2.2. I reagenti
Phytohemagglutinin (usato a dosi di 5 µg / mL) e concanavalin A (usato a dosi di 5 µg/mL) sono stati acquistati da Sigma-Aldrich (St. Louis, MO, USA). La doxorubicina (LEMERY SA de CV, Messico) è stata conservata come soluzione madre da 3,4 mm in RPMI 1640 a temperatura ambiente e LPS (E. coli 0111:B4, Sigma-Aldrich) è stata preparata a 10 ng/mL per trattare le cellule mononucleate del sangue periferico umano.
2.3. Caratterizzazione AgC
La morfologia dell’argento colloidale è stata studiata con il microscopio elettronico a scansione ad emissione di campo (SEM) (Nova NanoSEM200 FEI). La soluzione colloidale (50 µL) è stata posta su un nastro di carbonio e asciugata a temperatura ambiente. Le misurazioni delle dimensioni e della distribuzione delle nanoparticelle sono state determinate utilizzando un dynamic light scattering (DLS) eseguito da un nanosizer NS 90 Malvern Instruments (Malvern Instruments, UK); le distribuzioni delle dimensioni fornite da DLS sono state riportate come percentuale di intensità e i risultati sono stati presentati come valore medio di almeno tre misurazioni. Il plasmone di risonanza misurato mediante UV-vis è stato osservato in un intervallo compreso tra 300 e 600 nm utilizzando lo spettrofotometro NanoDrop 2000 (Thermo Fisher Scientific).
2.4. L’isolamento delle cellule mononucleate del sangue periferico (PBMC)
Il sangue di volontari umani sani è stato ottenuto con siringhe eparinizzate e posto in provette sterili in polipropilene. I PBMC sono stati ulteriormente isolati con centrifugazione a gradiente di densità istopaco 1.077 a 400 g per 30 min a 25°C (Sigma-Aldrich). I PBMC sono stati lavati due volte con un mezzo RPMI 1640 integrato con siero bovino fetale al 10% (FBS) e una soluzione antibiotico-antimicotica all ‘ 1% (indicata come mezzo RPMI completo) a 250 g per 10 min a 25°C.
2,5. Vitalità cellulare
I PBMC sono stati regolati a 1 × 106 celle / mL in mezzo RPMI completo e 17,5 ng / mL di argento colloidale sono stati aggiunti e incubati per 72 h a 37°C e 5% di atmosfera di CO2. Successivamente, il surnatante è stato rimosso mediante centrifugazione a 250 g. Le cellule sono state quindi lavate due volte con un mezzo RPMI completo. La vitalità cellulare è stata determinata dal test colorimetrico di riduzione MTT e le densità ottiche derivanti dalla produzione di formazan sono state lette a 570 nm. La vitalità cellulare è stata espressa in percentuale rispetto al controllo non trattato. I risultati sono stati dati come media ± DS di tre esperimenti indipendenti.
K562 (leucemia mieloide cronica), MOLT-4 (leucemia linfoblastica acuta), Ramos (linfoma di Burkitt) e L5178Y (linfoma) sono state acquistate da American Type Culture Collection (ATCC, Manassas, VA, USA) e mantenute in mezzo RPMI completo. Le cellule sono state coltivate a 37°C e 5% di atmosfera di CO2. Le linee cellulari tumorali (5 × 103 cellule/pozzetto) sono state placcate su piastre a 96 pozzetti e incubate per 24 ore a 37°C in atmosfera di CO2 al 5%.
Dopo l’incubazione, il mezzo di coltura è stato rimosso e l’argento colloidale è stato aggiunto a concentrazioni comprese tra 1,75 e 17,5 ng/mL. Le piastre sono state quindi incubate per 5 ore a 37°C e 5% di atmosfera di CO2. Successivamente, il surnatante è stato rimosso e le cellule sono state lavate due volte con il mezzo RPMI 1640. La vitalità cellulare è stata determinata con il metodo di esclusione del trypan blue e la citotossicità è stata espressa come inibizione della crescita cellulare del 50% (LD50) e del 100% (LD100), rispetto al controllo non trattato. I risultati sono stati dati come media ± DS di tre esperimenti indipendenti.
2.6. Analisi delle citochine
I supernatanti del PBMC trattato con AgC sono stati analizzati per i livelli di citochine. Le citochine umane IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IFN-γ, TNF-α e IL-17A sono state determinate mediante citometria a flusso (Accuri C6, BD Bioscience, CA, USA), utilizzando CBA Th1/Th2/Th17 Cytokine Kit BD™ (BD Bioscience, Bedford, MA, USA), seguendo le istruzioni del produttore. L’analisi CBA Flex Set è stata eseguita utilizzando il software FCAP array v1.0 (Soft Flow Inc., USA). I valori proteici sono stati convertiti in standard proteici NIBSC / OMS per ulteriori confronti.
2.7. La proliferazione e il test IL-2
PBMC sono stati isolati mediante centrifugazione a gradiente di densità istopaco, lavati tre volte con PBS e risospesi nel Diluente C a 106 cellule/mL. La sospensione cellulare è stato poi diluito con lo stesso volume di 2,5 mm PKH26 colorante magazzino (Sigma, St. Louis, MO) preparato in diluente C, incubato per 3 min a temperatura ambiente, poi aggiunto ad un volume uguale di FBS, e incubato a temperatura ambiente per un ulteriore 2 min per fermare l’etichettatura, secondo “Rimaniol et al., 2003 .”Successivamente, i PBMC sono stati aggiustati a concentrazioni di 1 × 106 cellule / mL, trattati con argento colloidale ad una concentrazione di 17,5 ng / mL, PHA o Con A, e incubati per 72 h a 37°C e 5% di atmosfera di CO2 ; la proliferazione cellulare è stata determinata dalla citometria a flusso. Le quantità di contenuto di IL-2 nei supernatanti di PBMC sono state misurate dal kit ELISA ad alta sensibilità IL-2 umano (limite di rilevamento 0,4 pg/mL) e utilizzate secondo le istruzioni del produttore (eBiosciences, Vienna, Austria).
2.8. Determinazione della produzione di nitriti/nitrati
I livelli di nitriti e nitrati sono stati misurati mediante la reazione colorimetrica di Griess utilizzando la nitrato reduttasi (Nitrato/Nitrito Colorimetric Assay Kit Cayman, USA) secondo le istruzioni del produttore. I livelli sierici di nitriti / nitrati sono stati espressi in nM / 200 µL.
2.9. L’analisi della citometria a flusso degli antigeni di superficie delle cellule
PBMC è stata regolata a concentrazioni di 1 × 106 cellule/mL e trattata con argento colloidale alla concentrazione di 17,5 ng/mL e le piastre sono state incubate per 72 h a 37°C e 5% di atmosfera di CO2. Successivamente, le cellule sono state raccolte mediante centrifugazione a 600 g per 10 minuti e una serie di anticorpi anti-CD3+ FITC/CD8+ PE/CD45+, e PerCP/CD4 APC o un altro set di anticorpi anti-CD3+ FITC/CD16+ CD56 PE/CD45, e PerCP/CD19 APC (BD Multitest IMK Kit) sono stati aggiunti e incubare 15 minuti a temperatura ambiente al buio. Gli eritrociti sono stati quindi lisati aggiungendo 450 µL di soluzione di lisatura 1x BD FACS™ e incubando 15 minuti a temperatura ambiente al buio. I campioni erano quindi pronti per essere analizzati sul citometro. L’acquisizione è stata eseguita su Accuri C6 BD instrument utilizzando il software BD Multiset con il software BD Worklist Manager. Gating automatizzato è stato utilizzato per una facile analisi di ogni popolazione sottoinsieme.
2.10. FITC-Dextran Uptake
Le cellule dendritiche (DCs) sono state generate da PBMC e hanno permesso di aderire a flaconi di coltura con tappo a filtro da 0,22 µm (TPP, Germania). Dopo 2 ore a 37 ° C le cellule non aderenti sono state rimosse e i monociti aderenti sono stati successivamente coltivati per 5 giorni in RPMI-1640 integrato con 10% FBS e 800 U/mL rhuGM-CSF (Peprotech, México) e 50 ng/mL IL-4 (Peprotech, México). Successivamente, le cellule sono state trattate con argento colloidale a concentrazioni di 17,5 ng/mL e incubate per 72 ore a 37°C e 5% di atmosfera di CO2. L’endocitosi DCs è stata valutata incubando 1 × 106 cellule con 1 mg/mL FITC-destrano (BD) per 30 min a 37°C. Dopo il lavaggio, le cellule sono state analizzate mediante citometria a flusso. I controlli includevano provette incubate con FITC-Destrano a 4°C per inibire il processo endocitico e un assorbimento basale eseguito al punto 0-time. L’assorbimento è stato quantificato mediante analisi FACS (10.000 cellule per punto) . La vitalità è stata determinata dalla tecnica di esclusione blu trypan.
2.11. Analisi statistica
I risultati sono stati valutati con ANOVA e i livelli mediani di citochine tra i trattamenti sono stati confrontati utilizzando il test di Mann–Whitney.
3. Risultati
3.1. Argento colloidale Caratterizzazione
La caratterizzazione di argento colloidale sciolto in acqua e cellule di coltura è stato analizzato da dynamic light scattering (DLS); l’argento colloidale, sciolta in acqua, ha mostrato una dimensione media di 100 nm, con un indice della polidispersione di 0.2; argento colloidale sciolto in cellule di coltura ha mostrato una dimensione media di 155 nm e della polidispersione indice di 0,23 (figura 1(a) 1(b)). L’immagine SEM mostrava una popolazione di particelle disciolte in acqua con dimensioni delle particelle comprese tra 50 e 190 nm(Figure 1(c) e 1 (d)); l’argento colloidale disciolto nel mezzo di coltura cellulare ha mostrato una combinazione di nanoparticelle e alcuni sali d’argento (Figure 1(e) e 1(f)); tuttavia, la dimensione media ottenuta da DLS è correlata all’istogramma delle particelle e alla risonanza plasmonica caratteristica (Figure 1(g), 1(h) e 1(i)). L’analisi dell’argento colloidale suggerisce che questa soluzione ha forma semisferica e popolazione eterogenea, formata da nanoparticelle e cluster formati da sali d’argento. Una volta che l’AgC è stato caratterizzato, abbiamo proceduto a valutare i diversi effetti biologici.
3.2. Determinazione della proliferazione cellulare e della produzione di IL-2
In primo luogo, abbiamo determinato se la dose citotossica precedentemente utilizzata nelle cellule di cancro al seno influisce sulle funzioni dei linfociti o dei macrofagi. I risultati hanno mostrato che l’argento colloidale, il trattamento non ha influenzato in modo significativo () PBMC proliferazione cellulare e del numero di celle, e i trattamenti con mitogeni Con Una o PHA significativamente () aumento della proliferazione cellulare e del numero di celle, rispetto al controllo non trattato; è interessante notare che, i trattamenti combinati con AgC/Con Una o AgC/PHA significativamente (), diminuisce la proliferazione cellulare e del numero di celle (Figure 2 e 3) di PBMC. Risultati simili sono stati osservati mediante citometria a flusso e microscopia a fluorescenza utilizzando il colorante fluorescente PKH26 (control (94%), Con A (165%), PHA (156%), AgC (91%), AgC + Con A (80%) e AgC + PHA (77%)) (Figure 3, 4 e 5). Inoltre, AgC trattamento non ha influenzato la produzione di IL-2 rispetto al controllo (15 pg/mL) (), ma un aumento nella produzione di IL-2 è stato trovato quando PBMC sono state stimolate con PHA (176 pg/mL) o Con A (150 pg/mL), e trattamenti con AgC + Con Un (15 pg/mL) o AgC + PHA (13 pg/mL) il calo della produzione di IL-2 () (Figura 4).
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d)
(e)
(f)
(g)
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3.3. Effetto citotossico di AgC sulle linee cellulari linfoidi e leucemiche
I nostri risultati hanno confermato le proprietà antiproliferative e citotossiche di AgC sulle linee cellulari leucemiche (Molt-4 e K562) e linfomatiche (Ramos e L5178Y) in modo dose-dipendente (da 1,75 a 17,5 ng / mL) () (Figura 6).
3.4. La determinazione delle citochine
Oltre al trattamento con AgC non ha influenzato la produzione () di IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, IFN-γ, IL-17A (0 pg/mL) o TNF-α (5,84 pg/mL), rispetto al controllo non trattato. Tuttavia, il trattamento con LPS utilizzato come controllo positivo ha indotto un’elevata produzione di tutte le citochine valutate (Tabella 1).
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Note. Produzione totale di IL-2, IL-4, IL-6, IL-10, TNF, INF-e IL-17A, dopo trattamento con AgC o LPS, utilizzato come controllo positivo. I dati rappresentano la media ± deviazione standard di tre esperimenti indipendenti. . AgC, argento colloidale; LPS, lipopolisaccaride. |
3.5. Fenotipizzazione dei marcatori di superficie cellulare
I nostri risultati hanno dimostrato che il trattamento con AgC non ha influenzato la percentuale di espressione delle popolazioni cellulari CD3+ (79,7%), CD3−CD19+ (10,2%), CD3+CD4+ (52,2%), CD3+CD8+ (33,9%) e CD16+CD56+ (7,6%), rispetto al controllo () (Tabella 2).
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Note. Analisi citometrica a flusso rappresentativo di sottoinsiemi linfoidi da PBMC. I dati rappresentano la media ± deviazione standard di tre esperimenti indipendenti. AgC, argento colloidale. |
3.6. Perossinitriti e assorbimento di determinazioni FITC-destrano
Il trattamento con argento colloidale (99%) non ha influenzato la vitalità delle cellule dendritiche (Figura 7(a)) o i livelli di perossinitriti valutati (Figura 7(b)), ma ha aumentato la percentuale di fagocitosi (Figura 7(c)), rispetto al controllo ().
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(b)
(c)
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4. Discussione
È noto che diversi agenti chemioterapici utilizzati nel trattamento del cancro (ciclofosfamide, vinblastina, vincristina, bleomicina e cisplatino) hanno effetti antiproliferativi e citotossici; ma a basse dosi possono stimolare la risposta immunitaria . L’effetto sul sistema immunitario di qualsiasi sostanza dovrebbe essere testato perché qualsiasi danno in questo sistema potrebbe influenzare l’omeostasi del corpo. Nel presente studio l’analisi dell’argento colloidale suggerisce la presenza di una popolazione eterogenea di nanoparticelle e cluster formati da sali d’argento, probabilmente originati da interazioni con proteine contenute in mezzo di coltura completo. È stato riportato l’effetto di aggregazione delle particelle d’argento nei fluidi biologici dovuto alla presenza di proteine e lipidi . Inoltre i nostri risultati hanno mostrato che AgC (17,5 ng/mL) può inibire la produzione di IL-2 indotta dai mitogeni. Quindi, l’immunosoppressione indotta in PBMC potrebbe essere mediata dall’inibizione del rilascio di IL-2. L’attività immunosoppressiva di alcuni farmaci come ciclosporina e azatioprina è stata corroborata dall’inibizione della proliferazione dei linfociti e dalla produzione di citochine (INF-γ, IL-2, RANTES, TGF-β e TNF-α), quando i linfociti sono stimolati da reagenti come PHA, Con A o pokeweed mitogen . IL-2 è un fattore di crescita autocrino per le cellule T e la sua produzione è stata inibita selettivamente dal trattamento con gli immunosoppressori tacrolimus (FK506) o acido micofenolico . È noto che gli agenti immunosoppressori (corticosteroidi) sono utilizzati per il trattamento delle neoplasie linfoidi perché inducono l’apoptosi delle cellule linfoidi maligne . Abbiamo dimostrato le proprietà antiproliferative e citotossiche di AgC (155 nm) (dosi che vanno da 1,75 a 17,5 ng/mL) su linee cellulari leucemiche e linfomatose nonostante precedenti rapporti che menzionavano che le particelle d’argento nell’intervallo di 10-100 nm di diametro sono più citotossiche delle particelle di dimensioni maggiori . È necessario conoscere il meccanismo di selettività tra PBMC e cellule tumorali di origine mieloide e linfoide e studi futuri dovrebbero essere sviluppati nell’area dell’apoptosi mediata dai recettori come discusso da “Vega e De Maio, 2005 .”A causa della resistenza glucocorticoide nel trattamento del linfoma, le cellule tumorali continuano le loro espansioni in presenza di glucocorticoidi . Per questo motivo AgC potrebbe offrire una nuova opzione clinica da considerare, ma sono necessari ulteriori studi correlati. D’altra parte, i nostri risultati indicano che la produzione di citochine e la percentuale di marcatori superficiali espressi dalle cellule T, B e NK non sono influenzati in risposta all’AgC (17,5 ng/mL), contrariamente ad altri immunosoppressori come rapamicina o soraphen, per i quali l’effetto immunosoppressore è attribuito all’interferenza di una via di segnalazione e al metabolismo degli acidi grassi . Inoltre, vi sono prove che le cellule del sistema immunitario possono essere attivate in risposta ai biomateriali, sebbene non siano previste vie di segnalazione indotte da MHC/peptide/TCR. Tuttavia, le vie alternative noncognate possono condurre all’attivazione tramite reticolazione delle glicoproteine sulla superficie della membrana plasmatica, come la proliferazione dei linfociti indotta dal mitogeno . Per quanto riguarda i perossinitriti, l’argento colloidale (17,5 ng/mL) non ha indotto la loro produzione, ma l’attività della fagocitosi è aumentata probabilmente a causa dell’assorbimento di argento colloidale in modo non specifico. Altri autori hanno descritto che le nanoparticelle d’argento in un intervallo di 5, 10, 15 e 100 nm aumentano le specie reattive dell’ossigeno che influenzano la funzione mitocondriale e che la fagocitosi delle particelle d’argento blocca il ciclo cellulare nella fase S e stimola la segnalazione infiammatoria attraverso la generazione di specie reattive dell’ossigeno, seguita dalla secrezione di TNF-α,
In conclusione, il presente studio dimostra il nontoxicity di argento colloidale su cellule del sistema immunitario e la sua capacità di interferire con la risposta immunitaria riducendo la proliferazione delle cellule quando stimolato con mitogeni, suggerendo che l’argento colloidale può essere considerato come un agente immunosoppressivo, ma ulteriori studi devono essere effettuati per stabilire la sua efficacia e meccanismo d’azione.
Interessi concorrenti
Gli autori dichiarano che non vi è alcun conflitto di interessi per quanto riguarda la pubblicazione di questo documento.
Riconoscimenti
Questo studio è supportato dal Laboratorio di Immunologia e Virologia, Facoltà di Scienze Biologiche, Università Autonoma di Nuevo Leon, San Nicolás de los Garza, NL, Messico, in collaborazione con “Rosso Temática de Inmunología it Cáncer y Enfermedades Infecciosas” con Register no. 253053, CONACYT.