研究表明，载有DNA的纳米载体可以有效修复小鼠的椎间盘并减轻背痛，为传统的疼痛管理方法提供了一种有希望的替代方案，并可能改善手术结果。

与椎间盘相关的背痛有朝一日可能会遇到其治疗对手：由天然来源的纳米载体递送的基因疗法，一项新研究表明，该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。

科学家使用称为成纤维细胞的小鼠结缔组织细胞作为皮肤细胞的模型，设计了纳米载体，并装载了用于组织发育关键蛋白质的遗传物质。研究团队在背部损伤发生的同时，将含有载体的溶液注射到小鼠受损的椎间盘中。

在12周内评估结果，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，并减轻了动物的背痛迹象。

通过基因疗法增强手术结果

“我们拥有这种独特的策略，既能再生组织，又能抑制一些疼痛症状，”该研究的共同资深作者、俄亥俄州立大学（OSU）生物医学工程副教授Devina Purmessur Walter说。

尽管还有更多要学习，但这些发现表明，基因疗法可以为治疗令人衰弱的背痛提供一种有效且持久的阿片类药物替代方案。

“这可以在手术的同时使用，以实际促进椎间盘本身的愈合，”共同资深作者、OSU生物医学工程和神经外科副教授Natalia Higuita-Castro说。“你自己的细胞实际上在工作，并回到健康状态。”

该研究最近在线发表在《生物材料》杂志上。

先前的研究表明，估计40%的腰痛病例归因于缓冲性椎间盘的退化。虽然在手术中切除突出椎间盘的膨出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。

细胞外囊泡疗法的开发

为了制造囊泡，科学家对供体细胞施加电荷以暂时在其膜上打开孔洞，并将外部获得的DNA递送到内部，该DNA转化为特定的蛋白质，以及促使产生更多功能蛋白的分子。

在这项研究中，货物包括用于产生称为FOXF1的“先驱”转录因子蛋白的材料，该蛋白在组织的发育和生长中很重要。

“我们的概念是重现发育：FOXF1在发育和健康组织中表达，但随着年龄增长而减少，”Purmessur Walter说。“我们基本上试图欺骗细胞，让它们回到它们生长和最健康时的发育状态。”

在实验中，将接受FOXF1纳米载体治疗椎间盘损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小鼠进行了比较。

与对照组相比，接受基因疗法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，组织重新膨胀并变得更加稳定，所有这些都有助于促进脊柱的运动范围、承重和灵活性。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——根据所评估的运动类型，雄性和雌性对疼痛的易感性水平不同。

研究人员说，这些发现说明了使用通用成人供体细胞创建这些细胞外囊泡疗法的价值，因为它们不会产生免疫反应的风险。理想情况下，基因疗法也将作为一种一次性治疗发挥作用——一种不断给予的治疗礼物。

“细胞重编程的想法是，你表达这种转录因子，然后细胞将转变为这种更健康的状态，并保持对该更健康表型的承诺——这种转变通常不是暂时的，”Higuita-Castro说。“因此，理论上，你不会期望必须显著重新给药。”

还有更多的实验要进行，测试有助于椎间盘发育的其他转录因子的效果。由于这第一项研究使用了年轻的成年小鼠，该团队还计划在模拟与年龄相关的退化的老年动物中测试该疗法的效果，并最终在已知会出现背部问题的较大动物的临床试验中进行测试。

参考原文： Shirley N. Tang, et al. “Engineered extracellular vesicle-based gene therapy for the treatment of discogenic back pain”. Biomaterials. 1 April 2024. DOI: 10.1016/j.biomaterials.2024.122562.