科学家设计“智能软骨” 可在压力下释放抗炎药

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  虽然抗炎药可以用来解决骨关节炎等病症,但目前的给药方法存在缺点,包括需要定期注射或这些药物会影响整个身体。华盛顿大学(圣路易斯)医学院的新研究可以解决这些缺点,通过一种工程化的“智能软骨”,当关节受到机械压力时,软骨会分泌一种抗炎药。

  骨关节炎等退行性病症和类风湿关节炎等自身免疫性病症引起的关节炎症是痛苦的、衰弱的、难以治疗的。目前有一些药物可以缓解炎症和肿胀,使患者的生活变得更轻松,尽管在如何使用这些药物方面还有很大的改进空间。

  例如,Anakinra(阿那白滞素)是一种用于治疗类风湿性关节炎的药物,但使用者每次使用时都需要更换注射部位,同时也带来了肺炎或过敏反应等感染风险。通过缓释微胶囊甚至水凝胶,可以注射并在机械力的作用下释放药物,科学家们在这一领域取得了可喜的进展,而最新的研究塑造了另一个令人兴奋的进步。

  它与上述的水凝胶有一些相似之处,因为它被设计成只有当关节受到机械压力时才会释放药物,比如膝盖的弯曲。这被认为是一种解决骨关节炎不适的方法,尤其是骨关节炎,这些类型的常规动作会导致疼痛,使日常生活变得困难。

  科学家们首先研究了从猪身上提取的软骨细胞,并能够在这些细胞中识别出对压力作出反应的关键途径,以及软骨中对机械负荷作出反应而开启的基因回路。然后,他们转向基因工程,创造这些细胞的版本,这些细胞不仅仅是通过驱动炎症来应对压力,而是作为这个过程的一部分产生药物anakinra。

  “我们改变了细胞中的DNA片段,以告诉它们在感受到负荷时做一些与正常不同的事情,”高级研究员Farshid Guilak说。“也就是说,要制造一种抗关节炎的药物。”

  这些实验是在实验室里进行的,科学家们模拟关节的机械应力,用细小的玻璃吸管压缩细胞,使它们释放出抗炎药物作为回应。正如Guilak所解释的那样,以这种方式输送药物,可以将其滴入受影响的关节中,以对抗炎症的产生,可以使其更加有效。

  “这种药物似乎并不奏效,除非它连续使用多年,这可能是为什么它在涉及骨关节炎患者的临床试验中效果不佳,”他说。“在实验室的细胞实验中,我们使用了我们设计的软骨细胞中现有的信号系统,以便它们在需要的时候释放药物。在这里,我们正在使用合成生物学来创建一种人工细胞类型,我们可以通过编程来响应我们希望它响应的东西。”

  除了避免定期注射和提高药物的有效性之外,这种方法还可以否定许多由长期交付驱动的副作用,其中包括脱发,疲劳和胃痛。令人充满希望的是,该团队认为该技术可以应用于医学科学的其他地方。

  “我们可以创建自动产生止痛药物,抗炎药或生长因子的细胞,使软骨再生,”Guilak说。“我们认为,这种策略可以成为一个框架,用于做我们可能需要做的事情,即对细胞进行编程,以提供治疗方法来应对各种医疗问题。”

  该研究发表在《科学进展》杂志上。

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