Acta NaturaeActa NaturaeActa Naturae2075-8251Acta Naturae Ltd1043410.32607/20758251-2016-8-2-10-23ReviewsОбзорыResearch ArticleBioengineering of Artificial Lymphoid OrgansБиоинженерия искусственных лимфоидных органовNosenkoM. A.НосенкоM. A.
Russian Federation
maxim-nosenko@yandex.ruDrutskayaM. S.ДруцкаяM. С.
Russian Federation
maxim-nosenko@yandex.ruMoisenovichM. M.МойсеновичM. M.
Russian Federation
maxim-nosenko@yandex.ruNedospasovS. A.НедоспасовС. A.
Russian Federation
maxim-nosenko@yandex.ruEngelhardt Institute of Molecular Biology, Russian Academy of SciencesИнститут молекулярной биологии им. В.А. Энгельгардта РАНLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университетDeutsches Rheuma-Forschungszentrum (DRFZ)Немецкий научно-исследовательский центр ревматологииLomonosov Moscow State UniversityМосковский государственный университет им. М.В. Ломоносова1506201682VOL 8, NO2 (2016)ТОМ 8, №2 (2016)102317012020Copyright ©; 2016, Nosenko M.A., Drutskaya M.S., Moisenovich M.M., Nedospasov S.A.Copyright ©; 2016, Носенко M.A., Друцкая M.С., Мойсенович M.M., Недоспасов С.A.2016Nosenko M.A., Drutskaya M.S., Moisenovich M.M., Nedospasov S.A.Носенко M.A., Друцкая M.С., Мойсенович M.M., Недоспасов С.A.https://creativecommons.org/licenses/by/4.0https://actanaturae.ru/2075-8251/article/view/10434

This review addresses the issue of bioengineering of artificial lymphoid organs.Progress in this field may help to better understand the nature of the structure-function relations that exist in immune organs. Artifical lymphoid organs may also be advantageous in the therapy or correction of immunodefficiencies, autoimmune diseases, and cancer. The structural organization, development, and function of lymphoid tissue are analyzed with a focus on the role of intercellular contacts and on the cytokine signaling pathways regulating these processes. We describe various polymeric materials, as scaffolds, for artificial tissue engineering. Finally, published studies in which artificial lymphoid organs were generated are reviewed and possible future directions in the field are discussed.

Обзор посвящен проблеме конструирования искусственных лимфоидных органов. Успех в этой области позволит не только лучше понять механизмы функционирования нормальных органов иммунной системы, но и разработать новые подходы к терапии иммунодефицитов, аутоиммунных состояний и, возможно, других заболеваний. На примере лимфатического узла мыши рассмотрено строение и развитие нормальных лимфоидных органов. Особое внимание уделено роли межклеточных взаимодействий и цитокиновых сигналов в механизмах формирования и функционирования лимфоидных органов. Описаны биоматериалы, на основе которых возможно создание искусственных органов, в том числе органов иммунной системы. Критически рассмотрены достижения последних лет в области биоинженерии искусственных лимфоидных органов и предполагаемые направления исследований.

artificial lymphoid organbioengineeringpolymeric scaffoldstromal cellsбиоинженерияискусственный лимфоидный органполимерный матриксстромальные клеткиThe studies of the interactions of immune cells and cytokines as regulators of this process were supported by the Programme of the Presidium of the Russian Academy of Sciences “Molecular and Cell Biology”; the studies of development and research of multidimensional cell systems were supported by the RFBR (grant No. 14-04-01799).Работа по изучению взаимодействий клеток иммунной системы и цитокинов как регуляторов этого процесса осуществлена при поддержке программы Президиума РАН «Молекулярная и клеточная биология», работа по созданию и изучению многокомпонентных трехмерных клеточных систем осуществлена при поддержке РФФИ (грант № 14-04-01799).[1] Hussain A., Takahashi K., Sonobe J., Tabata Y., Bessho K. // J. Maxillofac. Oral Surg. 2014, V.13, №1, P.29-35[2] Rose F.R.A.J., Oreffo R.O.C. // Biochem. Biophys. Res. Commun. 2002, V.292, №1, P.1-7[3] Rezwan K., Chen Q.Z., Blaker J.J., Boccaccini A.R. // Biomaterials. 2006, V.27, №18, P.3413-3431[4] Lutolf M.P., Hubbell J.A. // Nat. Biotechnol. 2005, V.23, №1, P.47-55[5] Nayak S., Dey S., Kundu S.C. // PLoS One. 2013, V.8, №9, P.1-17[6] Sun B.K., Siprashvili Z., Khavari P.A. // Science. 2014, V.346, №6212, P.941-945[7] Scarrit M.E., Pashos N.C., Bunnell B.A. // Front. Bioeng. Biotechnol. 2015, V.3, P.43[8] Tan J.K.H., Watanabe T. // Adv. Immunol. 2010, V.105, P.131-157[9] Cupedo T., Stroock A.D., Coles M.C. // Front. Immunol. 2012, V.3, P.1-6[10] Giese C., Demmler C.D., Ammer R., Hartmann S., Lubitz A., Miller L., Müller R., Marx U. // Artif. Organs. 2006, V.30, №10, P.803-808[11] Ali O.A., Huebsch N., Cao L., Dranoff G., Mooney D.J. // Nat. Mater. 2009, V.8, №2, P.151-158[12] Martino M.M., Brkic S., Bovo E., Burger M., Schaefer D.J., Wolff T., Gürke L., Briquez P.S., Larsson H.M., Gianni-Barrera R. // Front. Bioeng. Biotechnol. 2015, V.3, P.45[13] Facchetti F., Blanzuoli L., Ungari M., Alebardi O., Vermi W. // Springer Semin. Immunopathol. 1998, V.19, №4, P.459-478[14] Owen J.J., Jordan R.K., Raff M.C. // Eur. J. Immunol. 1975, V.5, №9, P.653-655[15] Dieu-Nosjean M.C., Goc J., Giraldo N.A., Sautès-Fridman C., Fridman W.H. // Trends Immunol. 2014, V.35, №11, P.571-580[16] Rodewald H.R. // Annu. Rev. Immunol. 2008, V.26, P.355-388[17] van de Pavert S.A., Mebius R.E. // Nat. Rev. Immunol. 2010, V.10, №9, P.664-674[18] Clark B.R., Keating A. B. // Annals of the New York Academy of Sciences 1995, V.700, P.70-78[19] Anthony B.A., Link D.C. // Trends Immunol. 2014, V.35, №1, P.32-37[20] Tokoyoda K., Zehentmeier S., Chang H.D., Radbruch A. // Eur. J. Immunol. 2009, V.39, №8, P.2095-2099[21] Klein L., Kyewski B., Allen P.M., Hogquist K.A. // Nat. Rev. Immunol. 2014, V.14, №6, P.377-391[22] Koble C., Kyewski B. // J. Exp. Med. 2009, V.206, №7, P.1505-1513[23] Anderson G., Jenkinson E.J. // Nat. Rev. Immunol. 2001, V.1, №1, P.31-40[24] Manley N.R., Richie E.R., Blackburn C.C., Condie B.G., Sage J. // Front. Biosci. 2011, V.17, P.2461-2477[25] Bajénoff M., Egen J.G., Koo L.Y., Laugier J.P., Brau F., Glaichenhaus N., Germain R.N. // Immunity. 2006, V.25, №6, P.989-1001[26] Malhotra D., Fletcher A.L., Turley S.J. // Immunol. Rev. 2013, V.251, №1, P.160-176[27] Junt T., Scandella E., Ludewig B. // Nat. Rev. Immunol. 2008, V.8, №10, P.764-775[28] Eberl G., Lochner M. // Mucosal Immunol. 2009, V.2, №6, P.478-485[29] Newberry R.D. // Curr. Opin. Gastroenterol. 2008, V.24, №2, P.121-128[30] Forchielli M.L., Walker A.W. // Br. J. Nutr. 2005, V.93, S1, P.S41-S48[31] Mowat A.M. // Nat. Rev. Immunol. 2003, V.3, №4, P.331-341[32] Randall T.D., Carragher D.M., Rangel-Moreno J. // Annu. Rev. Immunol. 2008, V.26, P.627-650[33] Buettner M., Pabst R., Bode U. // Trends Immunol. 2010, V.31, №2, P.80-86[34] Alimzhanov M.B., Kuprash D.V., Kosco-Vilbois M.H., Luz A., Turetskaya R.L., Tarakhovsky A., Rajewsky K., Nedospasov S.A., Pfeffer K. // Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 1997, V.94, №17, P.9302-9307[35] Cupedo T., Vondenhoff M.F.R., Heeregrave E.J., De Weerd A.E., Jansen W., Jackson D.G., Kraal G., Mebius R.E. // J. Immunol. 2004, V.173, №5, P.2968-2975[36] Rennert P.D., Browning J.L., Hochman P.S. // Int. Immunol. 1997, V.9, №11, P.1627-1639[37] Luther S.A., Ansel M.K., Cyster J.G. // J. Exp. Med. 2003, V.197, №9, P.1191-1198[38] Crivellato E., Vacca A., Ribatti D. // Trends Immunol. 2004, V.25, №4, P.210-217[39] Willard-Mack C.L. // Toxicol. Pathol. 2006, V.34, №5, P.409-424[40] von Andrian U.H., Mempel T.R. // Nat. Rev. Immunol. 2003, V.3, №11, P.867-878[41] Crotty S. // Immunity. 2014, V.41, №4, P.529-542[42] Chang J.E., Turley S.J. // Trends Immunol. 2014, V.36, №1, P.30-39[43] Allen C.D.C., Cyster J.G. // Semin. Immunol. 2008, V.20, №1, P.14-25[44] Cremasco V., Woodruff M.C., Onder L., Cupovic J., Nieves-Bonilla J.M., Schildberg F.A., Chang J.E., Cremasco F., Harvey C.J., Wucherpfennig K.W. // Nat. Immunol. 2014, P.1-11[45] Aguzzi A., Kranich J., Krautler N.J. // Trends Immunol. 2014, V.35, №3, P.105-113[46] Banchereau J., Briere F., Christophe C., Davoust J., Lebecque S., Liu Y.J., Pulendran B., Palucka K. // Annu. Rev. Immunol. 2000, №18, P.767-811[47] Steinman R.M. // Annu. Rev. Immunol. 1991, V.9, P.271-296[48] Sixt M., Kanazawa N., Selg M., Samson T., Roos G., Reinhardt D.P., Pabst R., Lutz M.B., Sorokin L. // Immunity. 2005, V.22, №1, P.19-29[49] Pappu R., Schwab S.R., Cornelissen I., Pereira J.P., Regard J.B., Xu Y., Camerer E., Zheng Y.W., Huang Y., Cyster J.G. // Science 2007, V.316, №5822, P.295-298[50] Matloubian M., Lo C.G., Cinamon G., Lesneski M.J., Xu Y., Brinkmann V., Allende M.L., Proia R.L., Cyster J.G. // Nature 2004, V.427, №6972, P.355-360[51] Bajénoff M., Egen J.G., Qi H., Huang A.Y.C., Castellino F., Germain R.N. // Trends Immunol. 2007, V.28, №8, P.346-352[52] Link A., Vogt T.K., Favre S., Britschgi M.R., Acha-Orbea H., Hinz B., Cyster J.G., Luther S.A. // Nat. Immunol. 2007, V.8, №11, P.1255-1265[53] Randolph G.J., Angeli V., Swartz M.A. // Nat. Rev. Immunol. 2005, V.5, №8, P.617-628[54] Acton S.E., Astarita J.L., Malhotra D., Lukacs-Kornek V., Franz B., Hess P.R., Jakus Z., Kuligowski M., Fletcher A.L., Elpek K.G. // Immunity. 2012, V.37, №2, P.276-289[55] Katakai T. // Front. Immunol. 2012, V.3, P.200-205[56] Katakai T., Suto H., Sugai M., Gonda H., Togawa A., Suematsu S., Ebisuno Y., Katagiri K., Kinashi T., Shimizu A. // J. Immunol. 2008, V.181, №9, P.6189-6200[57] Jarjour M., Jorquera A., Mondor I., Wienert S., Narang P., Coles M.C., Klauschen F., Bajénoff M. // J. Exp. Med. 2014, V.211, №6, P.1109-1122[58] Fletcher A.L., Acton S.E., Knoblich K. // Nat. Rev. Immunol. 2015, P.1-12[59] Mebius R.E. // Nat. Rev. Immunol. 2003, V.3, №4, P.292-303[60] Astarita J.L., Acton S.E., Turley S.J. // Front. Immunol. 2012, V.3, P.1-11[61] Nicenboim J., Malkinson G., Lupo T., Asaf L., Sela Y., Mayseless O., Gibbs-Bar L., Senderovich N., Hashimshony T., Shin M. // Nature 2015, V.522, P.56-61[62] Castagnaro L., Lenti E., Maruzzelli S., Spinardi L., Migliori E., Farinello D., Sitia G., Harrelson Z., Evans S.M., Guidotti L.G. // Immunity. 2013, V.38, №4, P.782-791[63] van de Pavert S.A., Olivier B.J., Goverse G., Vondenhoff M.F.R., Greuter M., Beke P., Kusser K., Höpken U.E., Lipp M., Niederreither K. // Nat. Immunol. 2009, V.10, №11, P.1193-1099[64] Bénézech C., White A., Mader E., Serre K., Parnell S., Pfeffer K., Ware C.F., Anderson G., Caamaño J.H. // J. Immunol. 2010, V.184, №8, P.4521-4530[65] Lu T.T., Browning J.L. // Front. Immunol. 2014, V.5, P.47[66] Yoshida H., Naito A., Inoue J.I., Satoh M., Santee-Cooper S.M., Ware C.F., Togawa A., Nishikawa S., Nishikawa S.-I. // Immunity. 2002, V.17, №6, P.823-833[67] Bienenstock J., McDermott M.R. // Immunol. Rev. 2005, V.206, P.22-31[68] Ware C.F. // Annu. Rev. Immunol. 2005, V.23, P.787-819[69] Fütterer A., Mink K., Luz A., Kosco-Vilbois M.H., Pfeffer K. // Immunity. 1998, V.9, №1, P.59-70[70] Kuprash D. V., Alimzhanov M.B., Tumanov A. V., Anderson A.O., Pfeffer K., Nedospasov S.A. // J. Immunol. 1999, V.163, №12, P.6575-6580[71] Kuprash D. V., Tumanov A. V., Liepinsh D.J., Koroleva E.P., Drutskaya M.S., Kruglov A.A., Shakhov A.N., Southon E., Murphy W.J., Tessarollo L. // Eur. J. Immunol. 2005, V.35, №5, P.1592-1600[72] Blum K.S., Pabst R. // J. Anat. 2006, V.209, №5, P.585-595[73] Altman G.H., Diaz F., Jakuba C., Calabro T., Horan R.L., Chen J., Lu H., Richmond J., Kaplan D.L. // Biomaterials. 2003, V.24, №3, P.401-416[74] Agapov I.I., Moisenovich M.M., Vasiljeva T. V., Pustovalova O.L., Kon’kov A.S., Arkhipova A.Y., Sokolova O.S., Bogush V.G., Sevastianov V.I., Debabov V.G. // Dokl. Biochem. Biophys. 2010, V.433, №5, P.201-204[75] Moisenovich M.M., Pustovalova O.L., Shackelford J., Vasiljeva T.V., Druzhinina T.V., Kamenchuk Y.A., Guzeev V.V., Sokolova O.S., Bogush V.G., Debabov V.G. // Biomaterials. 2012, V.33, №15, P.3887-3898[76] Shapiro L., Cohen S. // Biomaterials. 1997, V.18, №8, P.583-590[77] Perez R.A., Kim M., Kim T.H., Kim J.H., Lee J.H., Park J.H., Knowles J.C., Kim H.W. // Tissue Eng. 2013, V.20, P.103-114[78] Lu T., Li Y., Chen T. // Int. J. Nanomedicine. 2013, V.8, P.337-350[79] Moisenovich M.M., Arkhipova A.Y., Orlova A.A., Drutskaya M.S., Volkova S.V., Zaharov S.E., Agapov I.I., Kirpichnikov M.P. // Acta Naturae. 2014, V.1, №20, P.20-26[80] Gombotz W.R., Pettit D.K. // Bioconjug. Chem. 1995, V.6, №4, P.332-351[81] Li Z., Cui Z. // Biotechnol. Adv. 2013, V.32, №2, P.243-254[82] Uriel S., Labay E., Francis-Sedlak M., Moya M.L., Weichselbaum R.R., Ervin N., Cankova Z., Brey E.M. // Tissue Eng. 2009, V.15, №3, P.309-321[83] Wang Y., Irvine D.J. // Biomaterials. 2011, V.32, №21, P.4903-4913[84] Tessmar J.K., Göpferich A.M. // Adv. Drug Deliv. Rev. 2007, V.59, P.274-291[85] Ali O.A., Emerich D., Dranoff G., Mooney D.J. // Sci. Transl. Med. 2009, V.1, №8, P.1-22[86] Zavala V.A., Kalergis A.M. // Immunology. 2015, V.145, P.182-201[87] Tomei A.A., Siegert S., Britschgi M.R., Luther S.A., Swartz M.A. // J. Immunol. 2009, V.183, №7, P.4273-4283[88] He C., Young A.J., West C.A., Su M., Konerding M.A., Mentzer S.J. // J. Appl. Physiol. 2002, V.93, №3, P.966-973[89] Okamoto N., Chihara R., Shimizu C., Nishimoto S., Watanabe T. // J. Clin. Invest. 2007, V.117, №4, P.997-1007[90] Suematsu S., Watanabe T. // Nat. Biotechnol. 2004, V.22, №12, P.1539-1545[91] Nakashima M., Mori K., Maeda K., Kishi H., Hirata K., Kawabuchi M., Watanabe T. // Eur. J. Immunol. 1990, V.20, №1, P.47-53[92] Bredenkamp N., Ulyanchenko S., O’Neill K.E., Manley N.R., Vaidya H.J., Blackburn C.C. // Nat. Cell Biol. 2014, V.16, №9, P.902-908[93] Richardson T.P., Peters M.C., Ennett A.B., Mooney D.J. // Nat. Biotechnol. 2001, V.19, №11, P.1029-1034[94] Sasai Y. // Stem Cell. 2013, V.12, №5, P.520-530[95] Forster R., Chiba K., Schaeffer L., Regalado S.G., Lai C.S., Gao Q., Kiani S., Farin H.F., Clevers H., Cost G.J. // Stem Cell Reports. 2014, V.2, №6, P.838-852[96] Watson C.L., Mahe M.M., Múnera J., Howell J.C., Sundaram N., Poling H.M., Schweitzer J.I., Vallance J.E., Mayhew C.N., Sun Y. // Nat. Med. 2014, V.20, №11, P.1310-1314[97] Bredenkamp N., Jin X., Liu D., O’Neill K.E., Manley N.R., Blackburn C.C. // Regen. Med. 2015, V.10, №3, P.317-329