新的基因疗法可修复受损的椎间盘，并减轻疼痛症状

椎间盘退变引起的慢性腰背痛已成为全球公共卫生的重大问题，且患者有年轻化的趋势。一项新的研究表明，通过天然纳米载体递送的基因疗法可修复脊柱中受损的椎间盘，并减轻小鼠的疼痛症状。

科学家们利用小鼠的成纤维细胞作为皮肤细胞模型来设计纳米载体，并将组织发育关键蛋白的遗传物质加入其中。他们将含有载体的溶液注射到小鼠受损的椎间盘中。

经过12周的评估，研究人员通过成像、组织分析、机械和行为测试发现，基因疗法恢复了小鼠退变椎间盘的结构完整性和功能，减少了背部疼痛的迹象。

共同通讯作者、俄亥俄州立大学生物医学工程副教授Devina Purmessur Walter表示：“我们采用这种独特的策略，既能让组织再生，又能抑制一些疼痛症状。”

这项研究成果于近日发表在《Biomaterials》杂志上。

之前的研究表明，预计有40%的腰背痛病例是由椎间盘退变造成的，椎间盘可以吸收冲击力并为脊柱提供灵活性。虽然通过手术来切除椎间盘突出的肿胀组织通常会减轻疼痛，但它并不能修复椎间盘本身——随着时间的推移，椎间盘会继续退变。

“一旦切除一块，组织就会像漏气的轮胎一样减压，”Purmessur Walter谈道。“疾病的过程会继续，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。”

俄亥俄州立大学Natalia Higuita-Castro领导的团队在一年前发现，一种称为细胞外囊泡（EV）的纳米载体在装载了抗炎货物后，可以抑制受损小鼠肺部的组织损伤。这种载体复刻了天然的细胞外囊泡，在人体血液和生物体液中循环，在细胞间传递信息。

为了生产出囊泡，研究人员对供体细胞（小鼠胚胎成纤维细胞）施加电荷，在其膜上瞬时打开小孔，并将质粒载体送入其中，然后分离出改造的细胞外囊泡。

在这项研究中，质粒载体编码转录因子FOXF1蛋白，这种蛋白在组织的发育和生长过程中非常重要。

“我们的概念是重现发育过程：FOXF1在发育过程和健康组织中表达，但随着年龄的增长而减少，”Purmessur Walter说。“我们在试图欺骗细胞，让它们恢复到发育阶段的状态，此时它们正在生长，处于最健康的状态。”

在实验中，研究人员利用FOXF1纳米载体来治疗椎间盘损伤小鼠，将其与生理盐水或空白纳米载体治疗的损伤小鼠进行比较。

与对照组相比，接受基因治疗的小鼠的椎间盘表现出一系列改善。通过产生一种能保持水分和其他基质蛋白的蛋白质，组织变得丰盈，并变得更加稳定，所有这些都有助于改善脊柱的活动范围、承重能力和灵活性。

行为测试显示，这种疗法减轻了小鼠的疼痛症状，不过这些反应因性别而异。根据评估的运动类型，雄性和雌性小鼠表现出不同程度的疼痛敏感性。

研究人员认为，这些结果说明了采用成人供体细胞来建立这些细胞外囊泡疗法的价值，因为它们没有产生免疫反应的风险。在理想的情况下，基因疗法只需要一次性治疗。

“细胞重编程的理念是，你表达这种转录因子，细胞就会转化为更健康的状态，并保持更健康的表型——而这种转化通常不是短暂的，” Higuita-Castro说。“因此从理论上讲，你不需要重新大量用药。”

未来，还会有更多的实验来测试其他转录因子对椎间盘发育的影响。此次研究使用的是年轻的成年小鼠，研究小组还计划在年龄较大的动物身上测试这种疗法的效果，这些动物可以模拟与年龄相关的退变。最终，他们将在出现背部问题的大型动物身上进行临床试验。