Наноносители с ДНК снимают боль в спине и восстанавливают поврежденные диски у мышей

Боль в спине, связанная с повреждением межпозвонковых дисков, может получить новое лечение: генная терапия с использованием природных наноносителей, которая, как показало новое исследование, восстанавливает поврежденные диски в позвоночнике и снижает болевые симптомы у мышей.

Ученые создали наноносители, используя фибробласты (клетки соединительной ткани мыши) в качестве модели клеток кожи, и загрузили их генетическим материалом для белка, ключевого для развития тканей. Команда ввела раствор с носителями в поврежденные диски мышей сразу после травмы спины.

Оценивая результаты в течение 12 недель с помощью визуализации, анализа тканей, механических и поведенческих тестов, исследователи обнаружили, что генная терапия восстановила структурную целостность и функцию дегенерировавших дисков и уменьшила признаки боли в спине у животных.

"У нас есть уникальная стратегия, которая способна как регенерировать ткань, так и подавлять некоторые симптомы боли", — сказала соавтор Девина Пурмессур Уолтер.

Хотя предстоит еще многое изучить, результаты позволяют предположить, что генная терапия может предложить эффективную и долговременную альтернативу опиоидам для лечения изнурительной боли в спине.

"Это можно использовать одновременно с операцией, чтобы фактически усилить заживление самого диска", — сказала соавтор Наталия Хигуита-Кастро. "Ваши собственные клетки фактически выполняют работу и возвращаются в здоровое состояние".

Исследование было недавно опубликовано в журнале Biomaterials.

По оценкам предыдущих исследований, около 40% случаев боли в пояснице связаны с дегенерацией амортизирующих межпозвонковых дисков. Хирургическое удаление выступающей ткани грыжи диска обычно уменьшает боль, но не восстанавливает сам диск, который продолжает дегенерировать со временем.

"Как только вы удаляете кусочек, ткань сжимается, как спущенная шина", — пояснила Пурмессур Уолтер. "Болезненный процесс продолжается и затрагивает другие диски, потому что теряется то давление, которое критически важно для функции позвоночника".

Новое исследование основано на предыдущей работе лаборатории Хигуита-Кастро, которая показала, что наноносители, называемые внеклеточными везикулами, загруженные противовоспалительным грузом, сдерживали повреждение тканей в легких мышей.

Для создания везикул ученые применяют электрический заряд к клетке-донору, чтобы временно открыть отверстия в ее мембране, и доставляют внутрь экзогенную ДНК, которая кодирует определенный белок, а также молекулы, стимулирующие выработку еще большего количества функционального белка.

В этом исследовании груз состоял из материала для производства белка-фактора транскрипции FOXF1, который важен для развития и роста тканей.

"Наша концепция — воспроизвести развитие: FOXF1 экспрессируется во время развития и в здоровой ткани, но его уровень снижается с возрастом", — сказала Пурмессур Уолтер. "Мы пытаемся обмануть клетки и вернуть их в состояние развития, когда они растут и наиболее здоровы".

В экспериментах мышей с травмированными дисками, получавших наноносители с FOXF1, сравнивали с травмированными мышами, получавшими физраствор или пустые носители, и со здоровыми мышами.

По сравнению с контролем, диски мышей, получавших генную терапию, показали ряд улучшений: ткань восстановила объем и стала более стабильной за счет выработки белков матрикса, что способствовало подвижности, нагрузочной способности и гибкости позвоночника.

Поведенческие тесты показали, что терапия уменьшила симптомы боли у мышей, хотя эти реакции различались в зависимости от пола — самцы и самки демонстрировали разный уровень восприимчивости к боли.

Исследователи отметили ценность использования универсальных взрослых донорских клеток для создания терапий на основе внеклеточных везикул, поскольку они не несут риска иммунного ответа. В идеале генная терапия должна быть однократным лечением.

"Идея репрограммирования клеток заключается в том, что вы экспрессируете этот фактор транскрипции, и клетка переходит в более здоровое состояние и остается в этом фенотипе — и это изменение обычно не временное", — сказала Хигуита-Кастро. "Поэтому, в теории, не должно быть необходимости в повторных дозах".

Впереди — новые эксперименты по тестированию эффектов других факторов транскрипции, способствующих развитию межпозвонкового диска. Поскольку в первом исследовании использовались молодые взрослые мыши, команда также планирует протестировать терапию на более старых животных, моделирующих возрастную дегенерацию, и, в конечном итоге, в клинических испытаниях на более крупных животных, склонных к проблемам со спиной.