M2 macrophages as therapeutic targets : characterization and yeast-based gene delivery

Abstract

Macrophages (Mϕ) are professional phagocytic cells responsible for internalizing and clearing particles and pathogens. The prevailing Mϕ phenotype largely depends on the local immune status of the host. Whereas M1-polarized Mϕ are considered as pro-inflammatory Mϕ, M2 Mϕ exhibit anti-inflammatory functions and promote tumor growth. Yeast Saccharomyces cerevisiae is taken up by phagocytic cells and is a promising vehicle for nucleic acids vaccines. Herein, we aimed to study the response of human Mϕ to S. cerevisiae exposure and its potential use as a gene delivery system in M1 and M2 cells. Opsonized S. cerevisiae was taken up to the same extent by M1 and M2 Mϕ and induced an M1 like-phenotype in both cell types. Furthermore, yeast delivered functional nucleic acids to Mϕ, especially when constitutively biosynthesized mRNA was used. Interestingly, protein expression of the delivered nucleic acid was higher in M2 cells when compared with M1 Mϕ. Finally, the delivery of proinflammatory mediator mRNA to M2 Mϕ re-educated them towards an M1 phenotype. Silica nanoparticles represent another potential delivery system. Interestingly, nanoparticle uptake was enhanced in M2 compared with M1 Mϕ. In contrast, the uptake of microparticles did not differ between M1 and M2 phenotypes. Our results suggest the use of yeast- or nanoparticle-based gene delivery as promising approach for the treatment of pathologic conditions that may benefit from the presence of M1-polarized Mϕ, such as cancer.

Makrophagen (Mϕ) sind professionelle Phagozyten und damit für die Aufnahme und den Abbau von Partikeln und Pathogenen verantwortlich. Der vorherrschende Mϕ-Phänotyp wird vom lokalen Immunstatus des Wirts bestimmt. Während M1-Mϕ Entzündungsreaktionen unterstützen, haben M2-Mϕ antiinflammatorische Funktionen, können allerdings auch das Tumorwachstum fördern. Der Hefestamm Saccharomyces cerevisiae wird von phagozytierenden Zellen aufgenommen und bietet so die Möglichkeit, DNA-Impfstoffe zu verabreichen. In dieser Arbeit wurde der Einfluss von S. cerevisiae auf den Makrophagen-Phänotyp sowie eine mögliche Verwendung als Genübertragungs-System untersucht. Opsonierte Hefezellen wurden von M1- und M2-Mϕ im gleichen Ausmaß aufgenommen und riefen in beiden Zelltypen einen pro-inflammatorischen Phänotyp hervor. Darüber hinaus konnte S. cerevisiae zur Übertragung funktioneller DNA und mRNA genutzt werden. Durch Übertragung von mRNA, die für pro-inflammatorische Mediatoren kodierte, konnten M2-Mϕ erfolgreich in Richtung M1 repolarisiert werden. Silica-Nanopartikel könnten ebenfalls ein nützliches Werkzeug zur Genübertragung darstellen. Interessanterweise zeigten M2-Mϕ eine höhere Kapazität zur Aufnahme von Silica-Nanopartikeln. Zusammengefasst zeigen unsere Ergebnisse, dass Hefe- oder Nanopartikelbasierte Gentherapie einen vielversprechenden Ansatz zur Therapie von Erkrankungen darstellen könnte, die von der Anwesenheit von M1-Mϕ profitieren, wie z.B. Tumorerkrankungen.