装载DNA的纳米载体可缓解背痛修复小鼠受损的椎间盘

与椎间盘相关的背痛有一天可能会遇到它的治疗匹配：一项新的研究表明，由天然纳米载体提供的基因疗法可以修复脊柱中受损的椎间盘并减轻小鼠的疼痛症状。

科学家们利用小鼠结缔组织细胞(称为成纤维细胞)作为皮肤细胞模型设计了纳米载体，并在其中装载了组织发育关键蛋白质的遗传物质。研究小组在小鼠背部受伤的同时将含有载体的溶液注射到受损的椎间盘中。

在评估12周的结果后，研究人员通过成像、组织分析以及机械和行为测试发现，基因疗法恢复了退化椎间盘的结构完整性和功能，并减少了动物的背痛迹象。

“我们拥有这种独特的策略，既能够再生组织，又能够抑制某些疼痛症状，”共同资深作者、俄亥俄州立大学生物医学工程副教授DevinaPurmessurWalter说。

尽管还有更多东西需要了解，但研究结果表明，基因疗法可以提供一种有效且持久的阿片类药物替代品，用于治疗使人衰弱的背痛。

“这可以与手术同时使用，以真正促进椎间盘本身的愈合，”共同高级作者、俄亥俄州立大学生物医学工程和神经外科副教授纳塔莉亚·伊吉塔-卡斯特罗(NataliaHiguita-Castro)说。“你自己的细胞实际上正在做这些工作并恢复到健康状态。”

先前的研究表明，估计40%的腰痛病例归因于缓冲椎间盘的退化，而缓冲椎间盘可以吸收冲击并为脊柱提供灵活性。虽然在手术过程中切除突出的椎间盘突出的组织通常可以减轻疼痛，但它并不能修复椎间盘本身——随着时间的推移，椎间盘会继续退化。

PurmessurWalter说：“一旦你拿走一块，组织就会像漏气的轮胎一样减压。”“疾病过程仍在继续，并影响两侧的其他椎间盘，因为你正在失去对脊柱功能至关重要的压力。临床医生没有很好的方法来解决这个问题。”

这项新研究建立在伊吉塔-卡斯特罗实验室之前的工作基础上，该实验室一年前报告称，装载抗炎物质的称为细胞外囊泡的纳米载体可以抑制受损小鼠肺部的组织损伤。这些工程载体是天然细胞外囊泡的复制品，在人类血液和生物体液中循环，在细胞之间传递信息。

为了制造囊泡，科学家们对供体细胞施加电荷，在其膜上短暂地打开孔，并将外部获得的DNA传递到内部，转化为特定的蛋白质，以及促进制造更多功能性蛋白质的分子。

在这项研究中，货物由产生一种名为FOXF1的“先锋”转录因子蛋白的材料组成，该蛋白对于组织的发育和生长非常重要。

PurmessurWalter说：“我们的概念是概括发育：FOXF1在发育过程中和健康组织中表达，但随着年龄的增长而减少。”“我们基本上是在试图欺骗细胞，让它们在生长和最健康时恢复到发育状态。”

在实验中，将接受FOXF1纳米载体治疗的椎间盘受伤的小鼠与接受盐水或模拟纳米载体治疗的受伤小鼠以及未受伤的小鼠进行比较。

与对照组相比，接受基因治疗的小鼠的椎间盘显示出许多改善：通过产生一种保持水分的蛋白质和其他基质蛋白质，组织变得饱满并变得更加稳定，所有这些都有助于促进运动范围、承重和灵活性在脊柱中。

行为测试表明，该疗法减轻了小鼠的疼痛症状，尽管这些反应因性别而异——根据评估的运动类型，雄性和雌性表现出不同程度的疼痛敏感性。

研究人员表示，这些发现说明了使用通用成人供体细胞来创建这些细胞外囊泡疗法的价值，因为它们不存在产生免疫反应的风险。理想情况下，基因疗法也可以作为一种一次性治疗——一种持续给予的治疗礼物。

伊吉塔-卡斯特罗说：“细胞重编程的想法是，表达这种转录因子，然后细胞就会转变为这种更健康的状态，并保持这种更健康的表型，而且这种转变通常不是短暂的。”“所以从理论上讲，你不会期望需要大量重新用药。”

未来还有更多的实验来测试其他有助于椎间盘发育的转录因子的作用。由于这项第一项研究使用了年轻的成年小鼠，因此该团队还计划在老年动物中测试该疗法的效果，以模拟与年龄相关的退化，并最终在已知会出现背部问题的大型动物身上进行临床试验。