Science and Innovations in MedicineScience and Innovations in MedicineНаука и инновации в медицине2500-13882618-754XFSBEI of Higher Education SamSMU of Ministry of Health of the Russian Federation11189210.35693/2500-1388-2022-7-4-250-257Public health, organization and sociology of healthОбщественное здоровье, организация и социология здравоохраненияResearch ArticleDonor-specific production of cytokines by blood cells under the influence of immunomodulators: New aspects of a personalized approach in medicineДонор-специфичная продукция цитокинов клетками крови под влиянием иммуномодуляторов: новые аспекты персонифицированного подхода в медицинеhttps://orcid.org/0000-0002-8510-3118VolovaLarisa T.ВоловаЛариса Теодоровна
Russian Federation

PhD, Professor, Director of the RDC “BioTech”

д-р мед. наук, профессор, директор НИИ «БиоТех»

l.t.volova@samsmu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-0444-817465083621336054-3300OsinaNatalya K.ОсинаНаталья Константиновна
Russian Federation

PhD, Leading researcher at the RDC “BioTech”

канд. биол. наук, ведущий научный сотрудник НИИ «БиоТех»

n.k.osina@samsmu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4302-89467028-9499KuznetsovSergei I.КузнецовСергей Иванович
Russian Federation

PhD, Leading researcher at the RDC “BioTech”

канд. мед. наук, ведущий научный сотрудник НИИ «БиоТех»

s.i.kuznecov@samsmu.ruhttps://orcid.org/0000-0001-8140-4135GusyakovaOksana A.ГусяковаОксана Анатольевна
Russian Federation

PhD, Head of the Department of Fundamental and Clinical Biochemistry with Laboratory Diagnostics

д-р мед. наук, заведующая кафедрой фундаментальной и клинической биохимии с лабораторной диагностикой

o.a.gusyakova@samsmu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-4185-070957219450524AAX-8047-20204983-9830AlekseevDenis G.АлексеевДенис Георгиевич
Russian Federation

PhD, Leading researcher at the RDC “BioTech”, Associate professor, Department of General Surgery

канд. мед. наук, ведущий научный сотрудник НИИ «БиоТех», доцент кафедры общей хирургии

d.g.alekseev@samsmu.ruhttps://orcid.org/0000-0002-3594-08746700-2103PugachevEvgenii I.ПугачевЕвгений Игоревич
Russian Federation

researcher at the RDC “BioTech”

научный сотрудник НИИ «БиоТех»

evgenesius@mail.ruhttps://orcid.org/0000-0002-8460-9053GoncharenkoSergei A.ГончаренкоСергей Анатольевич
Russian Federation

student

студент

S.A.Goncharenko@samsmu.ruSamara State Medical UniversityФГБОУ ВО «Самарский государственный медицинский университет» Минздрава РоссииSamara State Technical UniversityФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»02122022742502571410202207112022Copyright ©; 2022, Volova L.T., Osina N.K., Kuznetsov S.I., Gusyakova O.A., Alekseev D.G., Pugachev E.I., Goncharenko S.A.Copyright ©; 2022, Волова Л.Т., Осина Н.К., Кузнецов С.И., Гусякова О.А., Алексеев Д.Г., Пугачев Е.И., Гончаренко С.А.2022Volova L.T., Osina N.K., Kuznetsov S.I., Gusyakova O.A., Alekseev D.G., Pugachev E.I., Goncharenko S.A.Волова Л.Т., Осина Н.К., Кузнецов С.И., Гусякова О.А., Алексеев Д.Г., Пугачев Е.И., Гончаренко С.А.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://innoscience.ru/2500-1388/article/view/111892

Aim – to study the immunomodulator-induced individual cytokine production by peripheral blood mononuclear cells (PBMCs) and to evaluate the potential of using this approach as a universal cellular test system in personalized medicine.

Material and methods. The peripheral blood mononuclear cells given by donors were cultured in vitro in the presence of immunomodulators Imunofan and Polyoxidonium. After incubation, the enzyme-linked immunosorbent assay (ELISA) of the culture medium for the presence of pro-inflammatory cytokines IL-6, IL-8/CXCL8, MCP-1/CCL2, and IFN-α cytokines was performed.

Results. The results of the experiment have demonstrated the absence of spontaneous or immunomodulator-induced production of IFN-α by PBMCs. These data correspond to the information presented earlier in the scientific literature. We also observed a pronounced inhibitory effect of both immunomodulators on the production of cytokines MCP-1/CCL2, IL-6, IL-8/CXCL8 by PBMCs, along with the individual variability of their production and the cumulative effect of production over time.

Conclusion. The features of the production of pro-inflammatory cytokines by PBMCs into the medium in the presence of immunomodulators, revealed by the in vitro screening, can be used to develop universal in vitro cellular test systems for personalized diagnosis of a number of socially significant inflammatory and autoimmune diseases.

Цель – изучить индуцированную иммуномодуляторами индивидуальную продукцию цитокинов клетками – мононуклеарами периферической крови и оценить потенциал использования данного подхода в качестве универсальной клеточной тест-системы в персонифицированной медицине.

Материал и методы. Мононуклеары, изолированные из перифирической крови доноров, культивировали in vitro в присутствии иммуномодуляторов имунофан и полиоксидоний. После инкубации был проведен иммуноферментный анализ культуральной среды на присутствие провоспалительных цитокинов IL-6, IL-8/CXCL8, МСР-1/CCL2 и IFN-α.

Результаты. По итогам проведенного эксперимента было продемонстрировано отсутствие спонтанной или индуцированной иммуномодуляторами продукции IFN-α РВМС-клетками. Эти данные соответствуют сведениям, представленным ранее в медицинской литературе. Также наблюдали четко выраженный ингибирующий эффект обоих иммуномодуляторов на продукцию РВМС-клетками цитокинов МСР-1/CCL2, IL-6, IL-8/CXCL8, наряду с индивидуальной вариабельностью их продукции и накопительным эффектом продукции во времени.

Выводы. Выявленные посредством in vitro скрининга особенности продукции провоспалительных цитокинов в питательную среду РВМС-клетками в присутствии иммуномодуляторов могут быть использованы при создании универсальных клеточных тест-систем in vitro для персонифицированной диагностики ряда социально значимых заболеваний воспалительного и аутоиммунного характера.

cell biologyperipheral blood mononuclear cellscytokinesimmunomodulatorspersonalized medicineклеточная биологиямононуклеарные клетки периферической кровицитокиныиммуномодуляторыперсонифицированная медицинаTer Horst R, Jaeger M, Smeekens SP, et al. Host and Environmental Factors Influencing Individual Human Cytokine Responses. Cell. 2016;167(4):1111-1124.e13. doi: 10.1016/j.cell.2016.10.018Gonçalves TO, Costa D, Brodskyn CI, et al. Release of cytokines by stimulated peripheral blood mononuclear cells in chronic periodontitis. Arch Oral Biol. 2010;55(12):975-980. doi: 10.1016/J.ARCHORALBIO.2010.08.002Antonakos N, Tsaganos T, Oberle V, et al. Decreased cytokine production by mononuclear cells after severe gram-negative infections: Early clinical signs and association with final outcome. Critical Care. 2017;1(21):1-10. doi: 10.1186/s13054-017-1625-1Schirmer M, Smeekens SP, Vlamakis H, et al. Linking the Human Gut Microbiome to Inflammatory Cytokine Production Capacity. Cell. 2016;167(7):1897. doi: 10.1016/j.cell.2016.11.04Li Y, Oosting M, Smeekens SP, et al. A Functional Genomics Approach to Understand Variation in Cytokine Production in Humans. Cell. 2016;167(4):1099-1110.e14. doi: 10.1016/j.cell.2016.10.017De Werra I, Zanetti G, Faccard C, et al. CD14 expression on monocytes and TNFα production in patients with septic shock, cardiogenic shock or bacterial pneumonia. Swiss Med Wkly. 2001;131(3-4):35-40. doi: 2001/03/smw-05883Pinegin BV, Nekrasov AV, Haitov RM, et al. Immunomodulator polyoxidonium: mechanisms of action and aspects of clinical application. Cytokines and inflammation. 2004;3:41-47. (In Russ.). [Пинегин Б.В., Некрасов А.В., Хаитов Р.М., и др. Иммуномодулятор полиоксидоний: механизмы действия и аспекты клинического применения. Цитокины и воспаление. 2004;3:41-47].Kostinov MP, Akhmatova NK, Khromova EA, Kostinova AM. Cytokine Profile in Human Peripheral Blood Mononuclear Leukocytes Exposed to Immunoadjuvant and Adjuvant-Free Vaccines Against Influenza. Front Immunol. 2020;11:1-10. doi: 10.3389/fimmu.2020.01351Alexia C, Cren M, Louis-Plence P, et al. Polyoxidonium® Activates Cytotoxic Lymphocyte Responses Through Dendritic Cell Maturation: Clinical Effects in Breast Cancer. Front Immunol. 2019;10:1-15. doi: 10.3389/fimmu.2019.02693Petrov RV, Haitov RM, Nekrasov AV, et al. Polyoxidonium: Mechanism of Action and Clinical Application. Medical Immunology. 2000;3:271-278. (In Russ.). [Петров Р.В., Хаитов Р.М., Некрасов А.В., и др. Полиоксидоний: механизм действия и клиническое применение. Медицинская иммунология. 2000;3:271-278].Kolosova NG. Acute respiratory infections in frequently ill children: rational etiotropic therapy. Russian Medical Journal. 2014;3:204-207. (In Russ.). [Колосова Н.Г. Острые респираторные инфекции у часто болеющих детей: рациональная этиотропная терапия. Русский медицинский журнал. 2014;3:204-207].Kharlamova FS, Uchaikin VF, Kuz'menko LV, et al. Experience of using the Polyoxidonium immunomodulator for the treatment of acute respiratory infections in children. Effective Pharmacotherapy. 2013;11:12-20. (In Russ.). [Харламова Ф.С., Учайкин В.Ф., Кузьменко Л.В., и др. Опыт применения иммуномодулятора Полиоксидоний для лечения ОРИ у детей. Эффективная фармакотерапия. 2013;11:12-20].Varfolomeeva MI, Setdikova NKh. Modern possibilities of immunomodulatory therapies in the preventionand treatment of ARI. Consilium Medicum. 2015;17(3):63-69. (In Russ.). [Варфоломеева М.И., Сетдикова Н.Х. Современные возможности иммуномодулирующей терапии в профилактике и лечении острых респираторных инфекций. Consilium Medicum. 2015;7(3):63-69].Ivardava MI. Use of immunomodulators in acute respiratory infection treatment in frequently ill children. Current Pediatrics. 2011;10(3):103-107. (In Russ.). [Ивардава М.И. Место иммуномодуляторов в лечении острой респираторной инфекции у часто болеющих детей. Вопросы современной педиатрии. 2011;10(3):103-107].Vavilova VP, Perevoshchikova NK, Rizo AA, et al. The use of the domestic immunomodulator Polyoxidonium in the practice of treating children with pathology of the lymphopharyngeal ring. Allergology and Immunology in Paediatrics. 2005;1(4):47-53. (In Russ.). [Вавилова В.П., Перевощикова Н.К., Ризо А.А., и др. Применение отечественного иммуномодулятора Полиоксидония в практике лечения детей с патологией лимфоглоточного кольца. Аллергология и иммунология в педиатрии. 2005;1(4):47-53].Lebedev VV, Pokrovskij VI. Imunofan: new generation synthetic peptide agent. Vestnik Rossijskoj akademii nauk. 1999;4:56-61. (In Russ.). [Лебедев В.В., Покровский В.И. Имунофан: синтетический пептидный агент нового поколения. Вестник Российской академии наук. 1999;4:56-61].Markova TP, Chuvirov DG. Immunotherapy with Imunofan to the treatment of children with recurrent respiratory deseasis and mycoplasma pneumoniae infection. Effective Pharmacotherapy. 2022;18(12):12-18. (In Russ.). [Маркова Т.П., Чувиров Д.Г. Имунофан в комплексном лечении детей с повторными респираторными заболеваниямии микоплазменной инфекцией. Эффективная фармакотерапия. 2022;18(12):12-18.Butorov IV, Osojanu JuP, Butorov SI, Maksimov VV. Immunological and pathogenetic aspects of imunofan administration in aged patients with duodenal ulcer. Vestnik Rossijskoj akademii nauk. 2007;79(2):18-22. (In Russ.). [Бутуров И.В., Осояну Ю.П., Бутуров С.И., Максимов В.В. Иммунологические и патогенетические аспекты введения имунофана у пациентов пожилого возраста с язвенной болезнью двенадцатиперстной кишки. Вестник Российской академии наук. 2007;79(2):18-22]. PMID: 17460962Venediktova MA Use of tactivin and imunofan for the treatment of patients with endometrial carcinoma. Experimental and Clinical Pharmacology. 2001;64(5):46-9. (In Russ.). [Венедиктова М.А. Применение активина и имунофана для лечения пациенток с карциномой эндометрия. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2001;64(5):46-9. PMID: 11764501Zabrodskij PF, Lim VG, Strel’tsova EV Disturbances of immune status and cytokine profile caused by chronic intoxication with organophosphorus compounds and their correction by administration of imunofan. Experimental and Clinical Pharmacology. 2012;75(2):35-37. (In Russ.). [Забродский П.Ф., Лим В.Г., Стрельцова Е.В. Нарушения иммунного статуса и цитокинового профиля, вызванные хронической интоксикацией фосфорорганическими соединениями и их коррекция введением имунофана. Экспериментальная и клиническая фармакология. 2012;75(2):35-37]. doi: 10.30906/0869-2092-2012-75-2-35-37Bøyum A. Isolation of mononuclear cells and granulocytes from human blood. Scand J Clin Lab Invest. 1968;21:77-89.Tanaka T, Narazaki M, Kishimoto T. Interleukin (IL-6) Immunotherapy. Cold Spring Harb Perspect Biol. 2018;10(8):1-15. doi: 10.1101/cshperspect. a028456Dispenzieri A, Fajgenbaum DC. Overview of castleman disease. Blood. 2020;135(16):1353-1364. doi: 10.1182/BLOOD.2019000931Osina NK, Pugachev EI, Kolyadenko IA, et al. Test-system in vitro for screening of therapeutic drugs with IL-17A inhibitory activity. Genes and Cells. 2021;16(1):43-48. (In Russ.). [Осина Н.К., Пугачев Е.И., Коляденко И.А., и др. Тест-система in vitro для скрининга лекарственных препаратов с IL-17а ингибирующей активностью. Гены & Клетки. 2021;16(1):43-48]. doi: 10.23868/202104006Deshmane SL, Kremlev S, Amini S, Sawaya BE. Monocyte chemoattractant protein-1 (MCP-1): An overview. J Interf Cytokine Res. 2009;29(6):313-325. doi: 10.1089/jir.2008.0027Moore BB, Kunkel SL. Attracting Attention: Discovery of IL-8/CXCL8 and the Birth of the Chemokine Field. J Immunol. 2019; 202(1):3-4. doi: 10.4049/jimmunol.1801485Singh S, Anshita D, Ravichandiran V. MCP-1: Function, regulation, and involvement in disease. Int Immunopharmacol. 2021;101(Pt B):107598. doi: 10.1016/j.intimp.2021.107598Lee YH, Song GG. Urinary MCP-1 as a biomarker for lupus nephritis: a meta-analysis. Z Rheumatol. 2017;76(4):357-363. doi: 10.1007/s00393-016-0109-zChase KA, Cone JJ, Rosen C, Sharma RP. The value of interleukin 6 as a peripheral diagnostic marker in schizophrenia. BMC Psychiatry. 2016;16(1):1-7. doi: 10.1186/s12888-016-0866-x