治疗由脊椎间盘问题引起的背痛可能会通过基因疗法得到解决，这一点在最近的一项研究中得到了证实。这种方法涉及使用天然衍生的纳米载体来输送疗法，研究表明，能够修复脊椎受损的盘，减轻小鼠的疼痛症状。科学家们利用成纤维细胞（一种在小鼠中发现的结缔组织细胞）作为皮肤细胞的模型，开发了这些纳米载体。然后，他们向这些纳米载体中装载了用于组织发育的关键蛋白的遗传材料。一个研究团队发现了这一关键蛋白。他们在小鼠的受损盘中注入了含有载体的溶液，恰好与背部损伤同时进行。在为期12周的时间里，研究人员评估了结果，发现基因疗法恢复了退化盘的结构完整性和功能。此外，通过成像、组织分析以及机械和行为测试，它还减少了动物的背痛症状。共同的资深作者、俄亥俄州立大学生物医学工程副教授德维纳·普尔梅苏尔·沃尔特表示：“我们有这种独特的策略，能够再生组织，同时抑制一些疼痛症状。”
尽管需要进一步研究，但结果表明，基因疗法可能为治疗严重背痛提供一种持久有效的替代选择，替代阿片类药物。
共同资深作者、俄亥俄州立大学生物医学工程和神经外科副教授娜塔莉亚·希瓜塔-卡斯特罗解释说：“这可以与手术结合使用，以增强盘的自我愈合过程。你身体的细胞负责愈合，最终将其恢复到健康状态。”
该研究的发现最近在线发表于《生物材料》杂志。
估计有40%的人遭受背痛，这是全球最常见的残疾原因之一。下背痛的病例通常由椎间盘退化引起，而椎间盘负责吸收冲击并允许脊柱运动。研究表明，虽然切除椎间盘突出的组织可以减少疼痛，但并不能修复椎间盘本身。这意味着椎间盘会随着时间的推移继续退化。
沃尔特·普尔梅苏尔解释说：“当你移除部分椎间盘时，它会失去形状和功能，类似于一个放气的轮胎。这种持续的退化也会影响邻近的椎间盘，因为脊柱功能所需的压力消失了。目前，临床医生没有好的解决方案来应对这个问题。”文章中提到的研究建立在希瓜塔-卡斯特罗实验室之前的研究之上，该研究表明，已知的纳米载体，如携带抗炎货物的细胞外囊泡，有助于减少小鼠肺部受伤的组织损伤。这些工程载体的设计模仿人类血液和生物液体中的天然细胞外囊泡，这些囊泡在细胞之间传递信息上起着重要作用。
为了制造这些囊泡，科学家们使用电荷暂时打开供体细胞膜中的孔，然后引入外部获得的DNA，这些DNA可以转化为特定的蛋白质，以及刺激生产关键蛋白质的分子。
本研究中运输的材料用于创建一种称为FOXF1的基本转录因子蛋白，这在组织发育和生长中发挥着关键作用。
普尔梅苏尔·沃尔特表示：“我们的方法涉及模拟发育：FOXF1在发育和健康组织中是活跃的，但随着年龄的增长，其水平会下降。本质上，我们试图欺骗这些细胞，使它们恢复到生长和最健康的发育状态。”
实验涉及使用FOXF1纳米载体治疗受伤的鼠标，并将结果与未治疗的鼠标进行比较。
受伤的小鼠接受了生理盐水或假纳米载体，而未受伤的小鼠则作为对照组。接受基因疗法的小鼠的脊椎盘显示出显著改善，与对照组相比。由于产生了一种帮助保持水分和其他基质蛋白的蛋白质，组织恢复了其体积和稳定性，从而改善了脊椎的活动范围、承载能力和柔韧性。疗法还减少了小鼠的疼痛症状，男性和女性根据所评估的运动类型表现出不同水平的疼痛敏感性。研究人员强调，使用通用成年供体细胞来制造这些细胞外囊泡疗法的重要性，因为它们不会引发免疫反应。此外，该基因疗法被设计为一次性治疗，提供持久的治疗益处。
希瓜塔-卡斯特罗解释道：“细胞重编程的概念涉及特定转录因子的表达，从而促使细胞转变为更健康的状态，并保持致力于这种状态，而不需要反复给药。”
计划进行更多实验，以测试其他有助于椎间盘发育的转录因子的影响。初步研究使用了年轻成年小鼠，但团队计划还在模型与年龄相关的退化的老年动物中测试该疗法的效果，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。
希瓜塔-卡斯特罗是俄亥俄州立大学医学院戴维斯心脏与肺研究所高级治疗学与工程的主任，以及俄亥俄州立大学基因治疗研究所的核心教师，普尔梅苏尔·沃尔特是俄亥俄州立大学脊柱研究所的研究员，并且是工程学院脊柱治疗实验室的主任，都是资助此研究的国家卫生研究院资助项目的共同首席研究员。该研究的其他共同作者包括来自俄亥俄州立大学的雪莉·汤、安娜·萨拉札-普埃尔塔、玛丽·海曼、凯尔·库辛斯基、玛丽亚·林孔-贝纳维德斯、米娅·科尔多斯基、吉利安·古恩施、露西·博丁、哈迪·迪奥普、康纳·甘特、萨夫达尔·汗、安娜·布拉特兹、奥尔加·科基科-科克伦、朱莉·菲茨杰拉德和本杰明·沃尔特。达米安·劳迪尔来自西奈山艾坎医学院，朱迪斯·霍伊兰德来自曼彻斯特大学。俄亥俄州立大学也参与了该研究。一项针对微创治疗疼痛性肌肉骨骼疾病的非病毒基因疗法的专利申请已被提交。
