Различные проникновение в кожу и иммунные ответы на ионный и наночастичный кобальт при аллергическом контактном дерматите

Введение: Кобальт — хорошо известная причина аллергического контактного дерматита (АКД), однако данные о кожном всасывании, токсичности и иммунологических эффектах наночастиц кобальта (CoNP) остаются ограниченными. С учетом растущего использования наноматериалов в промышленности и медицине понимание того, как химическая форма кобальта влияет на активацию кожного иммунитета, приобретает все большее клиническое значение.

Методы: Четырнадцать пациентов с аллергией к кобальту прошли стандартное аппликационное тестирование хлоридом кобальта (CoCl) и CoNP в эквивалентных номинальных дозах. Биоптаты кожи из участков положительных реакций анализировали методом секвенирования РНК для характеристики путей, связанных с иммунным ответом и барьерной функцией. Проникновение и локализацию кобальта дополнительно изучали на реконструированных и ex vivo моделях человеческой кожи с использованием масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой (ICP-MS) и визуализации с лазерной абляцией ICP-TOFMS.

Результаты: И CoCl, и CoNP вызывали положительные реакции в аппликационном тесте, хотя реакции на CoNP развивались позже и были менее выраженными. Для CoCl также было характерно более отчетливое дозозависимое увеличение клинической реактивности, тогда как реакции на CoNP сравнительно мало изменялись в зависимости от концентрации. Транскриптомный анализ показал значительное перекрытие между воздействиями, причем основным фактором, определяющим изменения экспрессии генов, была выраженность реакции. С нарастанием тяжести в обоих случаях усиливались сигнальные пути интерферона, воспалительный ответ, апоптоз, программы, связанные с клеточным циклом, и гликолиз. Пути липидного обмена значимо ассоциировались с выраженностью реакции при воздействии CoCl, но не при воздействии CoNP. При прямом сравнении с использованием парного дизайна DESeq2 было выявлено 281 дифференциально экспрессируемый ген между CoCl и CoNP. Функциональное обогащение этих генов выявило различающиеся биологические сигнатуры: при воздействии CoCl по сравнению с CoNP повышались сигналы интерферона и антивирусные пути и подавлялись программы эпителиальной дифференцировки. В дополнительных моделях кожи CoCl проникал глубже, характеризовался более высоким трансэпидермальным потоком и более широким внутриклеточным накоплением в клетках эпидермиса и дермы, тогда как CoNP в основном оставались в пределах рогового слоя и придатков кожи.

Выводы: Аллергический контактный дерматит, вызванный кобальтом, определяется как выраженностью реакции, так и химической формой кобальта. Хотя CoCl и CoNP разделяют общий интерферон-опосредованный воспалительный профиль, который нарастает по мере клинической тяжести, ионный кобальт проникает глубже и преимущественно активирует интерфероновые и антивирусные пути в дермальных компартментах, тогда как CoNP задерживаются более поверхностно и связаны с программами эпителиальной дифференцировки. Эти данные подчеркивают значение химической формы, проникновения в ткани, биодоступности и удержания в ткани для определения иммунного ответа и дермальной опасности кобальта и других металлических наноматериалов.