يوفر العلاج الجيني غير الفيروسي أملاً في علاج آلام أسفل الظهر المزمنة

في دراسة حديثة نشرت في مجلة Biomaterials ، قام الباحثون بتطوير علاج جيني جديد غير فيروسي لعلاج آلام الظهر القرصية (DBP) عن طريق توصيل عامل النسخ Forkhead Box F1 (FOXF1) باستخدام حويصلات خارج الخلية معدلة (eEVs) إلى الأقراص الفقرية التنكسية (IVDs) في الجسم الحي.

آلام أسفل الظهر المزمنة مشكلة عالمية متنامية نتيجةً لشيخوخة السكان وتفاقم مشاكل المواد الأفيونية. تشمل العلاجات الحالية تخفيف الألم على المدى القصير أو إجراء جراحات باهظة الثمن، مما يُبرز الحاجة إلى علاجات غير مُسببة للإدمان وأقل تدخلاً جراحيًا.

يمكن للأساليب البيولوجية الحالية، بما في ذلك إعطاء عوامل النمو، والعلاج الخلوي، والعلاج الجيني الفيروسي، أن تُقلل من التنكس في النماذج الحيوانية والبشرية. ومع ذلك، فإن مشكلات مثل الآثار قصيرة المدى، وضعف الفعالية على المدى الطويل، والمناعة المفرطة والسرطانية قد تعيق التطبيق المباشر لهذه الأساليب.

في هذه الدراسة، نجح الباحثون في إنشاء علاج جيني غير فيروسي لمرض انحلال القرص الفقري (IVD) باستخدام FOXF1-eEV.

قام الباحثون بتحويل الخلايا الليفية الجنينية الأولية للفأر (PMEF) إلى بلازميدات تحتوي على FOXF1 أو pCMV6 كعنصر تحكم ووصف عينات eEV باستخدام اختبار تتبع الجسيمات النانوية (NTA).

قاموا بتقييم كفاءة تحميل الحمولة الجزيئية في الحويصلات خارج الخلية باستخدام تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي العكسي (qRT-PCR) وتفاعل البوليميراز المتسلسل التقليدي. حدد تحليل لطخة ويسترن البروتينات الخاصة بـ FOXF1 والحويصلات خارج الخلية في تكوينات الحويصلات خارج الخلية. استخدم الفريق بلازميدات تُعزز مناطق البوليلينكر العلوية والسفلية لتحديد وجود الحمض النووي البلازميدي لـ FOXF1 في الخلايا المانحة، وولّدت الحويصلات خارج الخلية.

قاموا بفحص mRNA كامل الطول المنتج من DNA البلازميد في eEVs وخلايا المتبرع.

قام الباحثون بإنشاء حويصلات خارج الخلية مع عوامل النسخ لاستعادة وظيفة الأنسجة وتغيير استجابات الألم في نموذج حيواني لـ DBP.

لقد قاموا بتحديد الحويصلات خارج الخلية لنقل وتوزيع FOXF1 في الأقراص الفقرية التالفة في نموذج الفأر لآلام الظهر القرصية لتحديد تثبيط FOXF1 eEV لانحلال الأقراص الفقرية.

قام الفريق بدمج الاختبارات البيوميكانيكية للأقراص الفقرية لدى الفئران مع التصوير، وتغيرات المصفوفة خارج الخلية (ECM)، واستجابات الألم التي تم تقييمها بعد 12 أسبوعًا لتأكيد التغييرات في البنية والوظيفة، وكذلك الألم الناجم عن التدخل العلاجي.

شملت تقييمات الألم قبل الجراحة وبعدها التصوير المقطعي المحوسب (micro-CT)، والتصوير بالرنين المغناطيسي (MRI)، والاختبارات الميكانيكية، والتلوين باللون الأزرق ألسيان (AB) والأحمر بيكروسيريوس (PSR)، واختبار الأزرق ثنائي ميثيل الميثيلين، والكيمياء المناعية (IHC).

وتضمنت الدراسة تقنية جراحية قام فيها الباحثون بإعطاء عقار البوبرينورفين ER تحت الجلد للفئران للسيطرة على الألم بعد العملية الجراحية.

أجرى الفريق تقييمات سلوكية قبل الجراحة وكل أسبوعين من أربعة إلى 12 أسبوعًا بعد الجراحة، باستخدام مجموعة متنوعة من الأساليب بما في ذلك اختبار المجال المفتوح، واللوحة الباردة، وتعليق الذيل، وتعليق الأسلاك.

تم تقييم النشاط التلقائي للفئران من خلال اختبار المجال المفتوح؛ وتم قياس فرط الحساسية الحرارية من خلال اختبارات اللوحة الباردة؛ وتم قياس الألم المحوري من خلال اختبارات تعليق الذيل؛ وتم قياس القوة من خلال اختبارات تعليق الأسلاك.

بعد اثني عشر أسبوعًا من الجراحة، قام الفريق بتشريح العمود الفقري القطني للحيوانات باستخدام تتبع العصب الفخذي والشريان لتحديد الأقراص الفقرية بين الفقرتين القطنيتين الرابعة والخامسة، والخامسة والسادسة، والسادسة والسنوية الأولى. استخدموا الفحص الوريدي للفقرتين الخامسة والسادسة لتقييم الأنسجة وتحديد محتوى الغليكوز أمينوغليكان (GAG).

لقد عملت FOXF1 eEVs على تقليل استجابات الألم بشكل كبير مع استعادة بنية IVD ووظيفتها، بما في ذلك تحسين ارتفاع القرص، وترطيب الأنسجة، ومحتوى البروتيوجليكان، والخصائص الميكانيكية.

ركزت الدراسة على إطلاق الحويصلات خارج الخلوية (eEVs) المحملة بـ FOXF1 من الخلايا الليفية الأولية المُعدّلة بعامل النسخ FOXF1. أظهر تفاعل البوليميراز المتسلسل الكمي العكسي زيادة ملحوظة في مستويات نسخ الرنا المرسال لـ FOXF1 ومستويات الرنا المرسال كامل الطول لـ FOXF1 مقارنةً بالخلايا المُعدّلة بـ pCMV6.

يمكن أن يقلل علاج FOXF1 eEV من استجابات الألم في نموذج ثقب القرص القطني لدى الفئران لمدة تصل إلى 12 أسبوعًا. أظهرت الفئران الإناث فترات نوبات أطول في المجموعة المعالجة بـ FOXF1 مقارنة بالمجموعة المصابة، والتي استمرت لمدة 12 أسبوعًا على الأقل بعد العلاج.

أدى علاج FOXF1 eEV إلى تحسين ترطيب أنسجة IVD وارتفاعها في الحيوانات المصابة والمتدهورة في الجسم الحي، مع الحفاظ على مستويات الترطيب وكثافة صورة قرص IVD المرجحة T2.

مع ذلك، لاحظ الفريق انخفاضًا في ارتفاع القرص لدى الحيوانات المصابة والحيوانات المعالجة بفيروس الهربس التناسلي pCMV6. لم يُلاحظ أي انخفاض في ارتفاع القرص لدى الفئران المعالجة بفيروس الهربس التناسلي FOXF1 بعد 12 أسبوعًا من العلاج. ولم يؤثر جنس المريض على النتائج الوظيفية.

أعادت حويصلات FOXF1 eEVs الوظيفة الميكانيكية للخلايا الجذعية المتحللة التالفة داخل الجسم الحي. تحت تأثير الإجهاد المحوري، أظهرت الخلايا الجذعية المتحللة المعالجة بحويصلات FOXF1 eEVs صلابةً طبيعيةً أعلى في منطقة NZ مقارنةً بالخلايا الجذعية المتحللة.

في ظل ظروف الزحف، أظهرت IVDs التالفة زيادة في إزاحات الزحف الطبيعية، مما يشير إلى انخفاض في صلابة المرونة الزحف الطبيعية.

تظهر النتائج أن تقليل محتوى GAG في IVDs التالفة يزيد من المرونة الميكانيكية، ولكن علاج eEV يمنع فقدان جليكوز أمينوغليكان والتغيرات اللاحقة في الوظيفة الميكانيكية.

تسبب FOXF1 eEVs في حدوث تغييرات بنيوية ووظيفية في IVD عن طريق زيادة مستويات البروتيوغليكان وGAG.

وأظهرت نتائج الدراسة أن الحويصلات خارج الخلية المحملة بعوامل النسخ التنموية يمكنها علاج أمراض المفاصل المؤلمة مثل DBP عن طريق توصيل عوامل النسخ هذه إلى المفاصل التنكسية والمؤلمة عن طريق الوريد.

قد تساعد هذه الاستراتيجية على تقليل التشوهات البنيوية والوظيفية الناجمة عن المرض وتنظيم استجابات الألم بطريقة خاصة بكل جنس.

أوصى الباحثون أيضًا باستخدام عوامل النسخ التنموية، مثل FOXF1، لتحويل خلايا NP التنكسية إلى حالة داعمة للبناء داخل الجسم الحي. ويلزم إجراء المزيد من الدراسات لتحديد فعاليتها العلاجية.