Большинство взрослых испытывали боль в пояснице, по крайней мере, временно. Но для некоторых боль постоянная и изнурительная.
Помимо воздействия на качество жизни, хроническая боль в пояснице является серьезным социально-экономическим бременем, в первую очередь из-за потерянных рабочих дней и затрат на лечение. Поскольку многие из его пациентов пытаются справиться с болью с помощью рецептурных лекарств, он также внес свой вклад в растущий опиоидный кризис, который в настоящее время является национальным приоритетом исследований.
Профессора биомедицинской инженерии Девина Пурмессур и Наталья Игуита-Кастро возглавляют междисциплинарную группу в Университете штата Огайо, чтобы устранить первопричину боли – дегенерацию межпозвонковых дисков (МПД). Недавно они получили годовую награду R61 Национального института здоровья (NIH) в размере 368 000 долларов за исследование новых малоинвазивных и не вызывающих привыкания методов лечения боли в пояснице.
По словам Пурмессура, директора лаборатории спинальной терапии и преподавателя Исследовательского института позвоночника, большинство современных хирургических и нехирургических методов лечения направлены на облегчение боли. "Проблема с сосредоточением внимания только на боли в том, что это не излечивает болезнь," она объяснила. "Вы просто лечите симптомы."
Следовательно, оптимальная терапия будет направлена как на структурное восстановление, так и на уменьшение боли. В течение некоторого времени Пурмессур сомневался, можно ли уговорить больные и ухудшающиеся клетки МПД вернуть свой фенотип – наблюдаемые характеристики клетки – обратно к исходной функции и здоровью. Возможность для дальнейших исследований представилась в прошлом году, когда она узнала о прорыве другой группы биомедицинских инженеров штата Огайо – тканевой нанотрансфекции (TNT), которая может преобразовывать клетки кожи в кровеносные сосуды и нервные клетки.
"Все началось с разговора с Натальей и Даниэлем (Гальего-Перес) об их творчестве," она сказала. "Если они могут взять клетку и дифференцировать ее в совершенно другой тип клеток, можем ли мы взять больную клетку и вернуть ее в здоровое состояние с помощью тканевой инженерии??"
Игита-Кастро считает, что они могут. В их предложении используется мультидисциплинарный подход для определения эффектов невирусной доставки онтогенетических белков, в частности факторов транскрипции, для репрограммирования больных клеток МПД. Это потенциально может произвести революцию в хирургии позвоночника, предоставив врачам возможность проводить минимально инвазивное и не вызывающее привыкания лечение основных механизмов заболевания в операционной. Изобретатели изучают способы использования аналогичных подходов для лечения других заболеваний, помимо боли в пояснице.
"Наша система доставки уникальна," Игита-Кастро сказал. "Мы используем внеклеточные везикулы, созданные нами, в качестве наноносителей, чтобы нести коктейль факторов репрограммирования непосредственно к больным клеткам." Внеклеточные везикулы содержат различные биомолекулы, включая ДНК, РНК, белки и метаболиты, и играют ключевую роль в межклеточной коммуникации.
Их концепция перепрограммирования клеток была доказана в лаборатории, которую команда опубликовала в выпуске журнала ортопедических исследований от 9 июля 2019 года. Старший научный сотрудник Ширли Нина Танг была ведущим автором и выполнила экспериментальную работу под руководством Пурмессура и Игиты-Кастро. Проект, финансируемый NIH, будет служить для дальнейшей проверки технологии и количественной оценки эффектов невирусной доставки факторов транскрипции. Команда сначала будет использовать сконструированные везикулы в контролируемых лабораторных экспериментах с человеческими клетками, полученными от пациентов, а затем в моделях боли в спине у грызунов, оценивая функцию позвоночника и болевое поведение животных.
Поскольку межпозвонковый диск не имеет кровоснабжения, традиционные методы регенеративной медицины на основе клеток, такие как инъекции стволовых клеток, столкнулись с препятствиями в позвоночнике. Пурмессур объяснил, что их подход не заключается в введении в организм какого-либо другого типа клеток или удалении клеток для лечения и повторного введения позже.
"Будь то во время операции на спине или с помощью минимально инвазивных методов, факторы могут быть доставлены в клетки, где они находятся, что дает им толчок, чтобы помочь клеткам вырабатывать здоровые белки и восстанавливать свой внеклеточный матрикс," она сказала.
По словам Игиты-Кастро, еще одним важным преимуществом перед другими биологическими системами доставки, такими как вирусы, является то, что внеклеточные везикулы происходят из естественных источников, что сводит к минимуму воспалительный ответ иммунной системы.
Основываясь на результатах своей работы in vitro и in vivo, исследовательская группа планирует подать заявку на дополнительное федеральное финансирование для валидации лечения на большой животной модели с хроническими дегенеративными заболеваниями позвоночника. Доцент Колледжа ветеринарной медицины Сара Мур подписала контракт с сотрудником проекта. Хотя испытание на модели больших животных является необходимым шагом к началу клинических испытаний на людях, существует также значительная потенциальная польза от уменьшения боли и страданий домашних животных, которые в настоящее время наблюдаются в ветеринарных клиниках.
Среди соисследователей этого гранта – хирург позвоночника штата Огайо Сафдар Хан, доценты биомедицинской инженерии Даниэль Гальего-Перес и Бенджамин Уолтер, а также доцент исследования биостатистики профессор Сяокуй Мо. Также над проектом работают Тан, курирующий лабораторные модели и модели на животных, и коллега-биомедицинский аспирант Ана Салазар-Пуэрта, которая создает искусственные везикулы.