Появление таких новых заболеваний, как COVID-19, и устойчивость опасных заболеваний к существующим лекарствам, породили спрос на быструю разработку новых лекарственных средств. Для повышения эффективности, сокращения сроков и финансовых затрат на разработку медицинских препаратов была предложена концепция перепрофилирования лекарств. Перепрофилирование – это стратегия выявления новых медицинских показаний для уже одобренных лекарств. В обзоре представлены современные вычислительные и экспериментальные подходы к поиску лекарств – кандидатов на перепрофилирование, а также проблемы, лежащие на этом пути. The emergence of new diseases such as COVID-19 and the resistance of dangerous diseases to existing drugs have created a demand for the rapid development of new drugs. The concept of drug repurposing has been proposed to improve the efficiency, reduce time and financial costs of drug development. Repurposing is a strategy for identifying new medical indications for already approved medicines. The review presents modern computational and experimental approaches to the search for drug candidates for repurposing, as well as the problems that lie along the way.

The tumour is fully functional in the zone of action of immune mediators. Moreover, the tumour needs immune system mediators to survive. "Adaptation" refers to a tumour's ability to withstand the effect of harmful elements. This gives birth to a new form of antitumour therapy: blocking tumour adaptability pathways. In this review, we will look at (i) tumour adaptation mechanisms as a result of pro-tumour immunoediting, (ii) how understanding tumour-adaptive mechanisms has led to ideas for developing cancer immunotherapies, and (iii) prospects for using the adaptation theory to substantiate new approaches to tumour growth inhibition. By considering the cancer problem through the lens of adaptability, a unique strategy for enhancing the efficacy of immunotherapy was proposed. The new approach is to utilise antisense treatment to erase the structural trace of adaptation in tumour cells or to disadapt tumour cells by "turning off" the immune system before initiating immunotherapy.

Актуальность. Ранее было показано, что М3 фенотип макрофагов, который, в отличие от М1 и М2 фенотипов, на действие противовоспалительных факторов продуцирует провоспалительные цитокины (ПВ-M3), обладает выраженным противоопухолевым действием in vivo. Основная гипотеза работы состояла в том, что в основе более эффективного противоопухолевого эффекта ПВ-M3 макрофагов, по сравнению с другими фенотипами, лежит повышенная способность ПВ-M3 фенотипа фагоцитировать патогенные клетки и таким образом лучше проводить кросс-презентацию антигена. Это сделает ПВ-M3 фенотип весьма привлекательным кандидатом на разработку нового метода иммунотерапии рака, основанного на работе макрофагов. Цель работы состояла в проверке вышеизложенной гипотезы. Методы. В работе использовали макрофаги мышей, выделенные из перитонеального смыва. Для получения фенотипа М1, макрофаги культивировали в среде DMEM/F12 с IFN-γ. Для получения фенотипа М2, макрофаги культивировали в среде DMEM/F12 с добавлением 20-40% FBS. Фенотип ПВ-М3 макрофагов получали добавлением в среду культивирования IFN-γ, ингибиторов STAT3, STAT6 и SMAD3 с последующей стимуляцией липополисахаридом. После окончания стимуляции макрофагов ЛПС оценивали способность разных фенотипов к фагоцитозу. Оценку проводили с помощью набора окрашенных бактерий pHrodo® Red Staphylococcus aureus Bioparticles (Invitrogen). Результаты. Фагоцитарная активность ПВ-M3 фенотипа - количество фагоцитирующих клеток, паттерн и показатель фагоцитарной активности - в нормальных условиях практически не отличалась от активности М1 фенотипа, но была существенно выше, по сравнению с М2 фенотипом. Культивирование макрофагов в опухолевой среде снизило фагоцитарную активность всех фенотипов, но при этом выявило существенную устойчивость фагоцитарной активности ПВ-M3 фенотипа, по сравнению с другими фенотипами. Заключение. Результаты, полученные в настоящей работе, свидетельствуют о высокой способности ПВ-M3 макрофагов к фагоцитозу и согласуются с высказанной гипотезой, что в основе более эффективного противоопухолевого эффекта ПВ-M3 макрофагов может лежать более активная способность ПВ-M3 фенотипа фагоцитировать антиген. Background. The M3 phenotype of macrophages, which, in contrast to the M1 and M2 phenotypes, produces proinflammatory cytokines (PI-M3) in response to the anti-inflammatory factors and exerts a pronounced in vivo anti-tumor effect. This study hypothesized that the more pronounced anti-tumor effect of PI-M3 macrophages compared to other phenotypes is based on a greater ability of the PI-M3 phenotype to phagocytize pathogenic cells and, thus, to perform better antigen cross-presentation. This makes the PI-M3 phenotype a desirable candidate for development of new macrophage-based cancer immunotherapy. The aim of the study was to test this hypothesis. Methods. Mouse macrophages isolated from peritoneal lavage were used in this study. The M1 phenotype was obtained by culturing macrophages in the DMEM/F12 medium with IFN-γ. The M2 phenotype was obtained by culturing macrophages in the DMEM/F12 medium supplemented with 20-40% FBS. The PI-M3 macrophage phenotype was obtained by adding IFN-γ and STAT3, STAT6, and SMAD3 inhibitors to the culture medium followed by stimulation with lipopolysaccharide (LPS). After the end of macrophage stimulation with LPS, the phagocytic ability of various phenotypes was assessed. The assessment was performed using the pHrodo® Red Staphylococcus aureus Bioparticles stained bacteria kit (Invitrogen). Results. The phagocytic activity of the PI-M3 phenotype assessed as the number of phagocytic cells and the pattern and index of phagocytic activity, practically did not differ from the activity of the M1 phenotype but was significantly higher than that of the M2 phenotype under normal conditions. Culturing macrophages in a tumor environment reduced the phagocytic activity of all phenotypes but, at the same time, revealed significant stability of the phagocytic activity of the PI-M3 phenotype compared to other phenotypes. Conclusion. This study demonstrated a high capability of PI-M3 macrophages for phagocytosis. This result is consistent with the hypothesis that the more pronounced anti-tumor effect of PI-M3 macrophages may be based on the greater functional ability of the PI-M3 phenotype to phagocytize the antigen.

Рак предстательной железы (РПЖ) занимает второе место среди причин смерти мужчин от онкологических заболеваний. Хирургическое удаление органа с опухолью продлевает жизнь больных, однако часто приводит к ухудшению качества жизни. Поэтому разработка способов орган-сберегающего лечения РПЖ является весьма актуальной задачей. Иммунотерапия на основе репрограммированных иммунных клеток могла бы решить эту задачу. Но проблема в том, что введенные клетки могут быстро покидать зону опухоли через канал, проделанный иглой шприца, через кровеносные или лимфатические сосуды и поэтому не удерживаться в опухоли в течение времени, достаточном для проявления своего терапевтического эффекта. Цель работы состояла в оценке распределения и удержания аутологичных лейкоцитов в предстательной железе после их локального введения в венозную систему простаты больных РПЖ. Методы: Исследование проводили на пациентах с РПЖ за несколько дней до плановой робот-ассистированной радикальной простатэктомии. Из венозной крови больного получали лейкотромбослой (ЛТС). Для мечения клеток использовали элюат 99mTc-Пертехнетата. Меченный клеточный концентрат (радиофармпрепарат, РФП) вводили в венозную систему простаты пациента. После введения РФП проводили ОФЭКТ/КТ и сцинтиграфию в режиме всего тела через 30 мин, 12 и 24 часа. Результаты: У всех больных через 24 часа от введенной радиоактивности РФП в проекции предстательной железы сохранялось почти 50%. При этом динамика снижения радиоактивности РФП имела два паттерна: с незначительным снижением в первые 12 часов и быстрым снижением в последующие 12 часов, и, наоборот, с быстрым снижением в первые 12 часов и незначительным снижением в последующие 12 часов. Заключение: Разработан метод контроля распространения клеточных препаратов внутри человеческой простаты. Пациенты хорошо переносили процедуру введения меченых клеток в венозную систему простаты. Полученные результаты заложили хорошую основу для разработки технологии иммунотерапии РПЖ на основе иммунных клеток. Prostate cancer (PC) is the second leading cause of cancer death in men. Surgical removal of the prostate together with the tumor prolongs the patient’s life but often impairs their quality of life. Therefore, developing methods for the organ-sparing treatment of prostate cancer is very relevant. Immunotherapy based on reprogrammed immune cells could accomplish this task. However, the problem is that the injected cells can quickly leave the tumor area through the channel made by the syringe needle, through blood or lymphatic vessels, and, therefore, would not remain in the tumor for a sufficient time to exert their therapeutic effect. The aim of this study was to assess the distribution and retention of autologous leukocytes in the prostate gland after their local injection into the prostatic venous plexus in patients with prostate cancer. Methods. The study was performed a few days before the elective robot-assisted radical prostatectomy in patients with prostate cancer. A buffy coat layer (BCL) was obtained from venous blood of the patient. Cells were labeled with 99mTc-Pertechnetate eluate. The labeled cell concentrate (radiopharmaceutical, RF) was injected into the patient’s prostate. After the RF injection, SPECT/CT and scintigraphy were performed in the whole-body mode at 30 min, 12 h, and 24 h. Results. In all patients at 24 hours, almost 50% of the injected RF radioactivity remained in the prostate projection. Furthermore, the time-related decrease in the RF radioactivity displayed two patterns, i) a slight decrease in the first 12 h followed by a rapid decrease in the next 12 h and, vice versa, ii) a rapid decrease in the first 12 h followed by a slight decrease in the next 12 h. Conclusion. A method has been developed for managing the distribution of cell preparations within the human prostate. Patients well tolerated the procedure of injection of labeled cell into the prostatic venous plexus. These results laid a good foundation for the development of a technology of immunotherapy for PC based on immune cells.

В обзоре рассматриваются механизмы кросс-презентации антигена и особенности этого процесса в макрофагах. Представлено сравнение особенностей кросс-презентации в дендритных клетках и разных фенотипах макрофагов. Описаны пути кросс-презентации -протеасомный и вакуолярный. Протеасомный путь состоит из следующих стадий: 1) захват антигена в фагосому; 2) сохранение антигена в фагосоме; 3) перенос антигена в цитозоль и его расщепление в протеасоме до олигопептидов; 4) перенос олигопептидов в компартменты, содержащие главный комплекс гистосовместимости I типа (major histocompatibility complex I, MHC I); 5) загрузка олигопептида на MHC-I и перенос на поверхность клетки. Вакуолярный путь начинается сходно с протеасомным, но отличается в том, что захваченный антиген не покидает фагосому, а там же расщепляется и нагружается на MHC-I. Макрофаги могут использовать любой из этих путей. Макрофаги, происходящие из моноцитов крови, используют вакуолярный путь, макрофаги красной пульпы селезенки - протеасомный, а перитонеальные - и тот, и другой. Эффективность кросс-презентации макрофагов зависит от его тканевого типа. При разработке методов иммунотерапии, основанной на макрофагах, важно понимать стадии обоих путей кросс-презентации, поскольку каждая из них может рассматриваться как мишень для повышения эффективности кросс-презентации антигена и соответственно, эффективности иммунотерапии рака. This review focuses on mechanisms of antigen cross-presentation and features of this process in macrophages. Features of the cross-presentation in dendritic cells and in various macrophage phenotypes are compared. The cross-presentation can be the result of either the proteasomal or vacuolar pathway. The proteasomal pathway includes the following stages: 1) antigen capture into the phagosome; 2) antigen preservation in the phagosome; 3) antigen transfer to the cytosol and its cleavage in the proteasome to oligopeptides; 4) oligopeptide transfer into major histocompatibility complex (MHC) I-containing compartments; 5) oligopeptide loading onto the MHC I and transferring it to the cell surface. The vacuolar pathway begins in a similar way as the proteasomal pathway but differs in that the captured antigen does not leave the phagosome, but is cleaved there and loaded onto MHC I. Macrophages can use any of these pathways. Macrophages originating from blood monocytes use the vacuolar pathway; macrophages of the red pulp of the spleen use the proteasomal pathway, and peritoneal macrophages use both. The effectiveness of cross-presentation of macrophages depends on the macrophage tissue type. When developing macrophage-based methods of immunotherapy, it is important to understand the stages of both cross-presentation pathways since each of them can be considered as a target for increasing the efficiency of antigen cross-presentation and, accordingly, the effectiveness of cancer immunotherapy.

Подагра является частой причиной воспалительного артрита, разрушения суставов, образования камней в почках и почечной недостаточности. Причиной воспаления в суставе является взаимодействие кристаллов мочевой кислоты (monosodium urate - MSU) и пирофосфата кальция (calcium pyrophosphate - СаРР) с макрофагами. Мы предположили, что подавлять кристалл-индуцированное воспаление мог бы М3 фенотип макрофагов, который увеличивает продукцию антивоспалительных цитокинов при действии воспалительных индукторов (АВ-М3 фенотип). Цель работы состояла в проверке этой гипотезы. Методы. Подагрическое воспаление моделировали с помощью добавления кристаллов MSU и СаРР к культуре макрофагов. Для программирования АВ-М3 фенотипа использовали ингибитор инфламмасомы MCC950 и IL-4. Воспалительную реакцию оценивали по продукции IL-1b и TGFb1. Результаты. Реакция нативных (M0) макрофагов и на кристаллы MSU, и на кристаллы CaPP воспроизвела острое подагрическое воспаление в форме 3-кратного увеличения продукции IL-1b (p < 0,05). При добавлении кристаллов MSU к АВ-М3 макрофагам содержание IL-1b в культуральной среде было меньше в 25 раз (p < 0,05), а содержание TGFb больше почти в 2 раза (p < 0,05) по сравнению со средой М0 макрофагов с кристаллами MSU. Аналогичный результат был получен при добавлении кристаллов CaPP к АВ-М3 макрофагам. Заключение. Таким образом, АВ-М3 фенотип отвечает на провоспалительное действие кристаллов MSU и CaPP снижением продукции IL-1b и усилением продукции TGFb1. Результаты работы подтвердили гипотезу о том, что АВ-М3 фенотип может ограничить кристалл-индуцированное воспаление. Соответственно, разработка клинической версии технологии АВ-М3 макрофагов представляется весьма перспективной. Gout is a common cause of inflammatory arthritis, joint damage, kidney stones, and kidney failure. Joint inflammation is induced by interaction of uric acid (monosodium urate, MSU) crystals and calcium pyrophosphate (CaPP) crystals with macrophages. We hypothesized that the crystal-induced inflammation could be suppressed by the M3 switch phenotype, which increases production of anti-inflammatory cytokines under the action of inflammation inducers (AB-M3 phenotype). The aim of the present study was to test this hypothesis. Methods. Gouty inflammation was modeled by adding MSU and CaPP crystals to cultured macrophages. The inflammasome inhibitor, MCC950, and IL-4 were used for programming the AB-M3 phenotype. The inflammatory response was evaluated by production of IL-1β and TGFβ1. Results. The response of native (M0) macrophages to either MSU crystals or CaPP crystals reproduced acute gouty inflammation in the form of a 3-fold increase in IL-1 β production (p < 0.05). When MSU crystals were added to AB-M3 macrophages, the IL-1β content in the culture medium became 25 times lower (p < 0.05), and the TGF-β1 content became almost twice higher (p < 0.05) than the respective values in the M0 macrophage medium with MSU crystals. A similar result was obtained when CaPP crystals were added to AB-M3 macrophages. Conclusion. The AB-M3 phenotype responds to the pro-inflammatory action of MSU and CaPP crystals by decreasing the IL-1β production and increasing the TGF-β1 production. These results confirmed the hypothesis that the AB-M3 phenotype restricts the crystal-induced production of inflammatory IL-1β and increases the production of anti-inflammatory TGF-β1. Therefore, development of a clinical version of the AB-M3 macrophage technology is very promising.

В развитии рака предстательной железы (РПЖ) макрофаги играют важную роль. Многие опухоли выделяют противовоспалительные цитокины, которые перепрограммируют М1 фенотип макрофагов на проопухолевый М2 фенотип. М2 макрофаги подавляют противоопухолевый иммунитет, способствуют делению и метастазированию опухолевых клеток. Предыдущие исследования позволили нам обосновать предположение, что деление опухолевых клеток РПЖ человека может быть ограничено особым М3 фенотипом макрофагов. Фенотип М3, в отличие от М1 фенотипа, реагирует на противовоспалительные цитокины увеличением продукции провоспалительных противоопухолевых цитокинов, что способствует сохранению их противоопухолевых свойств в зоне опухоли. Цель исследования - проверка гипотезы о способности М3 макрофагов останавливать деление клеток предстательной железы больного РПЖ. Методика. В работе использовали макрофаги мышей, выделенные из перитонеального лаважа и макрофаги человека, полученные из моноцитов крови больных РПЖ. Фенотип М3 макрофагов получали добавлением в среду культивирования IFN-γ, ингибиторов STAT3, STAT6 и SMAD3 с последующей стимуляцией липополисахаридом. Результаты. Показано, что М3 макрофаги мышей и человека ограничивали деление клеток предстательной железы больных РПЖ в условиях 2D (на плоскости) культивирования на 43% и 93%, соответственно. При 3D (в объеме) культивировании М3 макрофаги мышей не ограничивали, а М3 макрофаги человека лишь незначительно ограничивали деление клеток предстательной железы у больных РПЖ. Заключение. Результаты работы делают обоснованными дальнейшие исследования и разработку клинической версии биотехнологии лечения рака предстательной железы с использованием М3 макрофагов.Macrophages play an important role in the development of prostate cancer (PCa). Many tumors, including PCa, secrete anti-inflammatory cytokines that reprogram the M1 macrophage phenotype into the pro-tumor M2 phenotype. M2 macrophages suppress antitumor immunity and promote division and metastasis of tumor cells. We hypothesized that the division of human PCa cells may be restricted by a specific M3 macrophage phenotype. The M3 phenotype, in contrast to the M1 phenotype, responds to anti-inflammatory cytokines by increasing the production of inflammatory anti-tumor cytokines and retains its anti-tumor properties in the tumor area. The aim of the study was to test the hypothesis on the ability of M3 macrophages to stop division of prostate cells from patients with PCa. Methods. This study used murine macrophages isolated from the peritoneal lavage and human macrophages obtained from blood monocytes of patients with PCa. The M3 macrophage phenotype was obtained by adding IFN-γ, STAT3, STAT6, and SMAD3 inhibitors to the cultural medium followed by lipopolysaccharide (LPS) stimulation. Results. Murine and human M3 macrophages restricted the division of patients’ PCa cells in the conditions of 2D cultivation by 43% and 93%, respectively. In 3D cultivation, murine M3 macrophages did not restrict whereas human M3 macrophages only slightly limited the division of prostate cells from PCa patients. The results of the study warrant further research and development of a clinical biotechnology for PCa treatment with reprogrammed M3 macrophages.

В обзоре проанализированы механизмы подагрического воспаления и разрешения острого воспаления при подагре, и то, как их понимание способствует созданию новых технологий лечения подагры. В первой части обзора анализируется кристалл-индуцированное воспаление при подагре, которое связано с активацией инфламмасомы NLRP3 в макрофагах, состоящее из двух этапов: 1) синтез компонентов инфламмасомы; и 2) сборка инфламмасомы. Проанализированы сигналы, активирующие синтез компонентов инфламмасомы, которые генерируются при взаимодействии кристаллов урата мононатрия с макрофагами. Описаны этапы инициации воспаления при подагре: синтез компонентов инфламмасомы, про-каспаз и про-IL-1β. IL-1β - основной эффекторный цитокин, который запускает не только воспалительный ответ, но и вызывает вазодилатацию сосудов, привлечение нейтрофилов к месту отложения кристаллов и еще большее усиление острого воспалительного эпизода через TLR-зависимую активацию NF-κB (фактор транскрипции). Рассматривается роль растворимой мочевой кислоты в активации инфламмасомы NLRP3. Подчёркнуто, что в разрешении острого воспаления при подагре основную роль играют те же клетки, что и в развитии классической воспалительной реакции: макрофаги и нейтрофилы. В обзоре рассмотрены сигнальные пути, которые переключают воспалительный ответ на разрешение и завершение воспаления: AMPK- (AMP-активируемая киназа) зависимый путь; антивоспалительные цитокины TGFβ1, IL-10 и IL-1Ra; белок аннексин А1 (AnxA1) и α1-антитрипсин (ААТ). Описаны способы терапевтического блокирования воспаления при подагре с помощью ингибиторов инфламмасомы и ингибиторов IL-1β. Изучение механизмов подагрического воспаления и его разрешения привело к идее о разработке методов репрограммирования иммунных клеток и адаптивной иммунотерапии подагры, методов, которые при других заболеваниях, таких как рак, уже показали выдающиеся возможности лечения больных.The review analyzes mechanisms of gouty inflammation and resolution of acute inflammation in gout and shows how their understanding contributes to creation of new technologies for the treatment of gout. The first part of the review addresses crystal-induced inflammation in gout, which is associated with activation of the NLRP3 inflammasome in macrophages. The crystal-induced inflammation consists of two stages, 1) synthesis of inflammasome components and 2) inflammasome assembly. The review analyzes signals activating the synthesis of inflammasome components, which are generated by the interaction of MSU (monosodium urate crystals) and macrophages. Stages of inflammation initiation are described, including the synthesis of inflammasome components, pro-caspases and pro-IL-1β. IL-1β is the main effector cytokine of gouty inflammation, which not only triggers the inflammatory response but also induces vasodilation, attraction of neutrophils to the place of crystal deposition, and even a greater potentiation of the acute inflammatory episode via the TLR-dependent activation of NF-κB (transcription factor). The role of soluble uric acid in the activation of NLRP3 inflammasomes is addressed. The main role in resolving acute gouty inflammation belongs to the same cells, macrophages and neutrophils, that contribute to the development of inflammation. The review focuses on signaling pathways switching the inflammatory response to inflammation resolution and termination, including the AMPK (AMP-activated kinase) signaling pathway, the TGFβ1, IL-10 and IL-1Ra anti-inflammatory cytokines, the protein annexin A1 (AnxA1), and α1-antitrypsin (AAT). The authors described in detail the techniques for therapeutic suppression of inflammation in gout using inflammasome and IL-1β inhibitors. Studying the mechanisms of gouty inflammation and its resolution has resulted in development of methods for reprogramming immune cells and adaptive immunotherapy of gout. These methods have already shown outstanding therapeutic potential for patients with other diseases such as cancer.

Обзор посвящен анализу нарушений иммунитета при раке предстательной железы и возможности иммунотерапии его восстанавливать для уничтожения опухоли. В первой части обзора анализируется противораковый иммунный цикл и его регуляторы CTLA-4 и PD-1. Этот цикл состоит из семи этапов: 1 - высвобождение антигенов опухоли; 2 - захват антигенов; 3 - антигенпрезентация и активация CTL; 4 - перемещение CTL с кровотоком к месту локализации опухоли; 5 - инфильтрация опухоли CTL; 6 - распознавание раковых клеток CTL; и 7 - уничтожение раковых клеток. Далее рассматривается способность опухоли иммуноредактировать противораковый цикл с помощью: 1 - выставления не-иммунногенных антигенов или апоптотической гибели без высвобождения антигенов; 2 - увеличения продукции IDO, антивоспалительных цитокинов, CTLA-4, PD-1 и PD-L1/PD-L2, привлечения MDSC, Tregs и М2 макрофагов для нарушения процесса антиген-презентации и снижения активности и выживаемости СТL; 3 - разрушения хемокинов CX3CL1, CXCL9, CXCL10 и CCL5 и выделения VEGF для ослабления миграции CTL в опухоль; и 4 - уменьшения количества MHCI для снижения распознавания раковых клеток СТL. Эти механизмы обеспечивают выживание опухоли при иммунной атаке. Проведён анализ технологий иммунотерапии рака: 1 - технологии прямого стимулирования антиопухолевого иммунитета, такие как вакцины и CTL/TIL; 2 - технологии имитации ключевых этапов цикла против рака, такие как лимфоциты с модифицированным TCR и CAR-T клетки; 3 - технологии ингибирования иммуносупрессии, такие как ингибиторы PD-1 и CTLA-4; и 4 - комбинированные технологии из двух и более технологий. Уже сегодня иммунотерапия демонстрирует потенциал одного из самых эффективных способов лечения рака, в первую очередь, благодаря использованию иммунитета самого больного. Это порождает надежду на то, что иммунотерапия, по мере своего совершенствования, сможет полностью и безопасно уничтожить рак. The review focused on analysis of immunity disorders in prostate cancer and capabilities of immunotherapy for recovering the immunity to destroy the tumor. The first part of the review analyzed the anticancer immune cycle and its regulators, CTLA-4 and PD-1. This cycle consists of seven stages: 1) releasing tumor antigens; 2) capturing antigens; 3) antigen presentation and CTL activation; 4) CTL transportation with blood flow to the tumor site; 5) CTL infiltration of the tumor; 6) CTL recognition of cancer cells; and 7) destruction of cancer cells. Then the authors addressed the tumor capability for immunoediting the anticancer cycle by 1) presentation of non-immunogenic antigens or apoptotic death without releasing antigens; 2) increasing production of IDO, the anti-inflammatory cytokines, CTLA-4, PD-1, and PD-L1/PD-L2, and engaging MDSC, Tregs, and M2 macrophages to disrupt the antigen presentation process and reduce the CTL activity and survival; 3) destruction of the chemokines, CX3CL1, CXCL9, CXCL10, and CCL5 and release of VEGF to reduce CTL migration to the tumor; and 4) reducing the amount of MHCI to restrict the CTL recognition of cancer cells. These mechanisms ensure the tumor survival during the immune attack. The following technologies of anti-cancer immunotherapy were analyzed: 1) direct stimulation of anti-tumor immunity, for instance with vaccines and CTL/TIL; 2) mimicking key stages of the anti-cancer cycle, for instance, using lymphocytes with modified TCR and CAR-T cells; 3) inhibition of immunosuppression, for instance, with PD-1 and CTLA-4 inhibitors; and 4) combinations of two or more of these technologies. Already now immunotherapy demonstrates its potentiality as a most effective anti-cancer treatment largely due to using the patient’s own immunity. This gives rise to the hope that as immunotherapy is enhanced it will be able to completely and safely destroy cancer.

Иммунотерапия обеспечивает значительный прогресс в лечении рака, однако, не у всех, и не всегда. В обзоре мы кратко проанализировали основные методы иммунотерапии рака и обозначили новый подход для повышения их эффективности. Проблему иммунотерапии рака мы рассмотрели через призму концепции адаптации к факторам среды. В контексте этой концепции высокая выживаемость опухолевой клетки может быть обусловлена адаптацией к лекарствам и агрессивным факторам иммунитета, таким как свободные радикалы и воспалительные цитокины. В онкологической клинике врач с помощью иммунотерапии пытается усилить иммунитет больного. Эта тактика оправдана, если удается увеличить силу иммунной атаки до уровня, который убивает опухоль. Но если стимулирование иммунитета недостаточно сильное, чтобы убить опухолевую клетку, это приводит к дополнительной адаптации опухоли и повышению ее устойчивости. Отсюда следует важная для клиники гипотеза: снизить выживаемость опухолевых клеток можно с помощью нарушения ее механизмов адаптации. Концепция адаптации предлагает два способа решения: 1) блокировать активацию генов и синтез белков, необходимых для формирования адаптивного системного структурного следа (ССС); и 2) прекратить действие адаптирующих факторов, и благодаря этому вызвать исчезновение ССС, дезадаптацию и утрату опухолью приобретенной устойчивости. Применительно к иммунотерапии рака второй способ порождает, на первый взгляд абсурдную идею, «отключить» иммунную систему на период до стадии дезадаптации опухоли, и только затем применить иммунотерапию к утратившим устойчивость опухолевых клеток. Эта гипотеза нуждается в проверке, но уже сейчас с ней согласуются косвенные данные. Снижение адаптивной устойчивости опухолевых клеток могло бы существенно увеличить антиопухолевый потенциал иммунотерапии рака. Immunotherapy provides significant progress in treatment of cancer although not for all and not always. In this review, we briefly analyzed major immunotherapies for cancer and outlined a new approach to improve their effectiveness. We examined the issue of cancer immunotherapy through the prism of the concept of adaptation to environmental factors. In the context of this concept, the high survival rate of tumor cells may be due to cell adaptation to drugs and aggressive immunity factors, such as free radicals and inflammatory cytokines. In the oncological clinic, physicians try to enhance the patient’s immunity with immunotherapy. This tactic is warranted if the physician would manage to increase the potency of immune attack to a level that kills the tumor. However, if the enhanced power of immunity attack is insufficient to kill a tumor cell, the tumor may additionally adjust and stabilize. Therefore, a clinically important hypothesis ensues: the tumor cell survival may be impaired by disrupting its adaptive mechanisms. The concept of adaptation offers two options: 1) to block activated synthesis of the genes and proteins that are required for formation of an adaptive systemic structural trace (SST) and 2) to stop the action of adapting factors, and, thereby, to erase the SST and induce maladaptation with loss of the acquired resistance of the tumor. With regard to cancer immunotherapy, the second option creates, at the first glance, an absurd idea, to “turn off” the immune system for a period preceding the stage of tumor maladaptation, and only then to apply immunotherapy to the tumor cells that have become less resistant. This hypothesis needs to be verified but some indirect data are already consistent with it. Reducing the adaptive resistance of tumor cells could significantly increase the antitumor potential of cancer immunotherapy.

This review presented recent data on initiation, regulation, and execution of neutrophil apoptosis with participation of «death receptors», mitochondria, Bcl-2 family proteins, PI3-K (phosphatidylinositol 3-kinase), p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase), ERK (extracellular signal regulated kinase) and JNK (c-Jun N-terminal kinase) cascades, protein kinases A, B and C, сAMP, heat shock proteins, NF-κB (nuclear factor-κB), calpains, caspases and theirs inhibitors, reactive oxygen species, and other factors. A speculative model of the apoptotic processes involvement in the regulation of neutrophil differentiation and reactivity was proposed.

В обзоре представлены современные данные о механизмах инициации, регуляции и выполнении процесса апоптоза нейтрофилов с участием «рецепторов смерти», митохондрий, белков семейства Bcl-2, PI3-K (phosphatidylinositol 3-kinase), протеинкиназных каскадов p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase), ERK (extracellular signal regulated kinase) и JNK (c-Jun N-terminal kinase), протеинкиназ А, В и С, сAMP, белков теплового шока, NF-kB (nuclear factor-kB), кальпаинов, каспаз и их ингибиторов, активных форм кислорода и других факторов. Предложена гипотетическая модель вовлечения апоптотических процессов в регуляцию дифференцировки и реактивности нейтрофилов. This review presented recent data on initiation, regulation, and execution of neutrophil apoptosis with participation of «death receptors», mitochondria, Bcl-2 family proteins, PI3-K (phosphatidylinositol 3-kinase), p38 MAPK (mitogen-activated protein kinase), ERK (extracellular signal regulated kinase) and JNK (c-Jun N-terminal kinase) cascades, protein kinases A, B and C, сAMP, heat shock proteins, NF-kB (nuclear factor-kB), calpains, caspases and theirs inhibitors, reactive oxygen species, and other factors. A speculative model of the apoptotic processes involvement in the regulation of neutrophil differentiation and reactivity was proposed.

В обзоре представлены современные данные о механизмах диагностики, планирования и оценки успешности терапии различных заболеваний с помощью экзосом, об использовании их как нанопереносчиков (т.е. нановезикул для эффективной доставки молекул). За последние годы разработано большое количество разных, в основном синтетических, систем доставки лекарственных средств, недостатками этих систем является плохая биосовместимость и органическая неспособность к высокоточной доставке загруженных веществ. По сравнению с синтетическими системами доставки лекарственных средств, экзосомы - вследствие своего естественного происхождения - могут обладать большими преимуществами, такими, как лучшая биосовместимость и повышенная устойчивость к разрушительному воздействию иммунной системы. Описана технология производства наноструктур, разработка и производство с помощью бионанотехнологий так называемых «полностью синтетических экзосомоподобных нановезикул», преимущества и недостатки этих методов. This review presents current data on mechanisms for diagnosis, planning, and evaluation of success in the treatment of various diseases using exosomes as nanocarriers (i.e., nanovesicles for efficient delivery of molecules). In recent years, a large number of different, mainly synthetic drug delivery systems has been developed. Disadvantages of these systems are poor biocompatibility and organic inability to deliver high-precision loaded substances. Compared with synthetic drug delivery systems, exosomes due to their natural origin may provide great advantages, such as better biocompatibility and increased resistance to detrimental effects of the immune system. This review describes in detail a technology of nanostructure production, the development and production of so-called fully synthetic exosome-like nanovesicles using bionanotechnology, and advantages and disadvantages of these methods.

Потеря зубов приводит к нарушению обработки пищи, ухудшает эстетический вид и в целом здоровье и качество жизни индивида. Главными причинами заболеваний и потери зубов являются повреждение эмали и кариес. Недостатки современных методов лечения повреждений эмали породили идею о выращивании биологических эквивалентов этой ткани. При этом стало очевидным, что восстановить полноценную эмаль можно только с учетом законов естественного развития этой ткани. В обзоре рассмотрены механизмы естественного амелогенеза, а затем на основе понимания этих механизмов проанализирована возможность разработки технологии восстановления эмали с помощью роботической 3D биопечати тканей in situ. Эти технологии могут обеспечить серьезные преимущества, например, увеличат до пожизненного срок годности «биопломбы»; решат проблему герметичности между новой и старой эмалью и снизят риски развития вторичного кариеса и других осложнений; снизят негативные последствия «человеческого фактора», и др. Есть основания полагать, что технологии роботической 3D биопечати in situ позволят восстанавливать не только отдельные ткани зуба, но и целый зуб и в значительной степени заменят существующие методы протезирования зубов. Loss of teeth leads to disruption of food processing, worsens the aesthetic appearance and generally, the health and quality of life of the individual. The major causes of diseases and tooth loss are damage to the enamel and caries. Limitations of current methods for treatment of enamel damage gave birth to the idea of growing biological equivalents of this tissue. At the same time, it became obvious that it is possible to regenerate the enamel only taking into account the laws of natural development of this tissue. The review focuses on mechanisms of natural amelogenesis, and then based on understanding of these mechanisms, analyzes a possibility of developing a technology for regeneration of enamel by means of in situ robotic 3D bioprinting of tissues. Such technologies might provide some serious benefits, for example, prolong the shelf life of dental biofillings to a lifetime; solve the problem of tightness between the new and old enamel and reduce the risk of developing secondary caries and other complications, etc. There is a reason to believe that the technology of in situ robotic 3D bioprinting will allow to restore not only tooth tissues, but also the whole tooth and largely replace the existing methods of dental prosthetics.

Цель - представить доказательства правомерности гипотезы, что комбинированный пул репрограммированных in vitro макрофагов и лимфоцитов будет эффективно ограничивать пролиферацию опухолевых клеток in vitro , а при введении в организм будет существенно ограничивать развитие опухоли in vivo . Методика. Размножение опухолевых клеток инициировали in vitro путем добавления клеток карциномы Эрлиха (КЭ) в среду культивирования RPMI-1640. Развитие асцитной опухоли in vivo воспроизводили путем внутрибрюшной инъекции клеток КЭ мышам. Результаты. Установлено, что M3 макрофаги вместе с антиген-репрограммированными лимфоцитами оказывают выраженный противоопухолевый эффект и in vitro, и in vivo , который был существеннее противоопухолевого эффекта цисплатина. Заключение. Факты, свидетельствующие, что М3 макрофаги в сочетании с in vitro антиген-репрограммированными лимфоцитами значительно подавляют рост опухоли in vivo , делают перспективным разработку клинической версии биотехнологии ограничения роста опухоли путем предварительного программирования противоопухолевого иммунного ответа «в пробирке». Aim. To test a hypothesis that a combined pool of in vitro reprogrammed macrophages and lymphocytes will effectively limit growth of tumor cells in vitro , and injections of these cells into the body will considerably limit development of a tumor in vivo . Methods. Tumor growth was initiated in vitro by addition of Ehrlich carcinoma (EC) cells to the RPMI-1640 cell culture medium and in vivo by intraperitoneal injection of EC cells into mice. Results. M3 macrophages in combination with antigen-reprogrammed lymphocytes exerted a pronounced antitumor effect both in vitro and in vivo, which was superior to the effect of cisplatin. Conclusion. M3 macrophages in combination with in vitro antigen-reprogrammed lymphocytes significantly inhibited the tumor growth in vivo . This fact justifies development of a clinical version of the tumor growth restricting biotechnology using pre-programming of the antitumor immune response in vitro .

Previously we have shown that adaptation to hypoxia (AH) is cardio- and vasoprotective in myocardial ischemic and reperfusion injury and this protection is associated with restriction of nitrosative stress. The present study was focused on further elucidation of NO-dependent mechanisms of AH by identifying specific NO synthases (NOS) that could play the major role in AH protection. AH was performed in a normobaric hypoxic chamber by breathing hypoxic gas mixture (9.5-10% O2) for 5-10 min with intervening 4 min normoxia (5-8 cycles daily for 21 days). Expression of neuronal (nNOS), inducible (iNOS), and endothelial (eNOS) protein was measured in the left ventricular myocardium using Western blot analysis with respective antibodies. AH educed iNOS protein expression by 71% (p < 0.05) whereas eNOS protein expression tended to be reduced by 41% compared to control (p < 0.05). nNOS protein expression remained unchanged after AH. Selective iNOS inhibition can mimic the AH-induced protection. Therefore protective effects of AH could be at least partially due to restriction of iNOS and, probably, eNOS expression.

Predisposition to tumors is often determined by how effectively the genotype of an individual forms an immune defense. An important factor of such protection is macrophage NO. We assumed that the body's vulnerability to the development of tumors may depend from the characteristics of the NO generating systems. The content of NO in the tumor changed by ITU, inhibitor of iNOS, c-PTIO, traps and SNP, donor NO. Production of macrophage NO were evaluated by nitrites in the culture media. iNOS was assessed using the Western blot analysis. Phenotype of macrophages was assessed using cytometry for CD labels. Life span of mice C57BL/6N with Ehrlich tumor was 25% greater than that of the C57BL/6J. Reducing the content of NO in the tumor reduced life expectancy of high-resistance to tumor subline C57BL/6N at 23%. Increase of NO increased life expectancy of low-resistance subline C57BL/6J at 26%. Macrophages of C57BL/6N were 1.5 times higher contents of iNOS and NO production, as compared with macrophages of C57BL/6J. CD phenotype markers determined the macrophage phenotype C57BL/6N as M1 and C57BL/6J mice macrophage phenotype as M2. Thus, the body's vulnerability to the development of tumors may depend from the characteristics of the NO generating systems. C57BL/6J, unlike C57BL/6N does not synthesize NNT (nicotinamide nucleotide transhydrogenase) and have differences in the single nucleotide polymorphism (SNP). The important role of NO in the resistance to Carcinoma, NNT and SNP deserve attention in the development of new methods of antitumor therapy.

Адаптация к факторам среды, таким как холод, физические нагрузки, гипоксия в горах, высокие температуры, дозированный стресс и т.д., эмпирически использовалась для повышения резистентности организма к повреждающим факторам задолго до начала систематических исследований ее защитных эффектов и механизмов. После открытия Ф.З.Меерсоном перекрестных защитных эффектов адаптации особое внимание привлекла адаптация к периодической гипоксии (АПГ), обладавшая наибольшим количеством таких эффектов. Адаптация к гипо - и нормобарической гипоксии в настоящее время особенно успешно применяется в клинике для профилактики и лечения сердечно-сосудистых заболеваний и модификации факторов риска. В частности, АПГ устойчиво уменьшает ишемические и неишемические аритмии, улучшает липидный профиль у пациентов с гиперхолестеринемией и повышает толерантность к физическим нагрузкам. У пациентов улучшается субъективное самочувствие и уменьшается количество и продолжительность эпизодов депрессии сегмента ST . В ряде клинических исследований было показано, что АПГ способствует потере массы тела у пациентов с ожирением. Важным терапевтическим эффектом АПГ является ее антигипертензивный эффект, который вначале казался неожиданным в свете хорошо известных данных о том, что периодическая гипоксия, сопровождающая апноэ во сне, напротив, способствует повышению артериального давления. Однако к настоящему времени уже убедительно доказано, что главными детерминантами направленности эффекта периодической гипоксии являются ее интенсивность и продолжительность, и поэтому в зависимости от режима периодической гипоксии ее эффекты могут быть прямо противоположными. Недавние исследования показали, что не только АПГ, но и адаптация к ишемии миокарда обладает выраженным кардиопротекторным эффектом и способствует повышению толерантности к физическим нагрузкам у кардиологических пациентов. Экспериментальные исследования на животных позволили выявить основные механизмы кардиопротекторных эффектов АПГ, среди которых ключевыми являются активация антиоксидантной защиты за счет периодической умеренной активации свободнорадикальных процессов, повышение эффективности энергопродукции в клетках, ограничение Са-перегрузки, предупреждение дисфункции эндотелия коронарных и некоронарных сосудов за счет активации синтеза и депонирования оксида азота, усиление экспрессии белков теплового шока и увеличение плотности микрососудистой сети в скелетных мышцах, головном мозге и миокарде. Таким образом, АПГ является перспективным нефармакологическим средством, которое может использоваться у кардиологических пациентов в качестве дополнения к лекарственной терапии, а в некоторых случаях, возможно, и самостоятельно.