Presentert her er en protokoll for bruk av sølvnanopartikler for effektivt å forbedre de akutte symptomene på type II kollagenase-induserte slitasjegiktmus, inkludert synovial betennelse, synovial hyperplasi, vaskulær hyperplasi, etc.
Knæartrose (KOA) er en av de vanligste degenerative sykdommene i leddene hos personer over 45 år. For tiden er det ingen effektive terapier for KOA, og den eneste endepunktstrategien er total kneartroplastikk (TKA); Derfor er KOA forbundet med økonomiske byrder og samfunnskostnader. Den immuninflammatoriske responsen er involvert i forekomsten og utviklingen av KOA. Vi har tidligere etablert en musemodell av KOA ved bruk av type II kollagen. Hyperplasi av synovialvevet var tilstede i modellen, sammen med et stort antall infiltrerte inflammatoriske celler. Sølv nanopartikler har betydelige antiinflammatoriske effekter og har blitt mye brukt i tumorbehandling og kirurgisk legemiddellevering. Derfor evaluerte vi de terapeutiske effektene av sølvnanopartikler i en kollagenase II-indusert KOA-modell. De eksperimentelle resultatene viste at sølvnanopartikler signifikant reduserte synovial hyperplasi og infiltrering av nøytrofiler i synovialvevet. Derfor demonstrerer dette arbeidet identifiseringen av en ny strategi for OA og gir et teoretisk grunnlag for å forhindre fremdriften av KOA.
Knæartrose (KOA) er en av de hyppigste formene for artrose og innebærer en kompleks sykdomsprosess i hele leddleddet1. Etter hvert som verdens befolkning gradvis blir eldre, øker forekomsten av KOA betydelig. Konsekvent smerte i kneleddet ber ofte pasienter med KOA om å søke medisinsk behandling. Etiologien av smerten i KOA kan være relatert til inflammatorisk respons, synovial hyperplasi og bruskdegenerasjon2. Synoviumvevene består av to typer celler: synoviale fibroblaster og makrofager 3,4,5. Synoviale fibroblaster produserer synovialvæske. Synoviale makrofager er normalt sovende og aktiveres av den inflammatoriske responsen. Initial betennelse i synovium forårsaker kneleddsmerter6.
Synoviumvevets inflammatoriske immunrespons spiller en avgjørende rolle i patogenesen av KOA. Tidligere studier har bekreftet at det er inflammatoriske responser i synoviumvevet i KOA, kjent som synovitt, og synovittgraden av KOA er nært knyttet til den inflammatoriske celleinfiltrasjonen av synoviumvevet 7,8,9. Synovitt er en inflammatorisk reaksjon av synovium, og dens patologiske egenskaper er spredning av synovialceller, dannelse av nye kar og infiltrering av inflammatoriske celler 5,10,11.
Målet med KOA-behandling er å lindre den inflammatoriske reaksjonen i synovium og forsinke sykdomsprogresjonen. For tiden er de viktigste kliniske legemidlene for behandling av KOA ikke-steroide antiinflammatoriske legemidler (NSAIDs); Imidlertid viser de betydelige bivirkninger, som nefrotoksisitet12,13. Intraartikulære glukokortikoidinjeksjoner er et annet alternativ for behandling av KOA; Imidlertid sprer glukokortikoidet seg raskt og kan metaboliseres raskt ved felles effusjon. I mellomtiden bør diabetespasienter med underliggende hyperglykemi være forsiktige med pågående steroidinjeksjoner14. Oppsummert er det ingen tilgjengelig medikamentell terapeutisk strategi for KOA. Derfor er utforskningen av nye stoffer for behandling av KOA ekstremt presserende.
Størrelsen på sølv nanopartikler er mindre enn 100 nm. På grunn av deres fremtredende antiinflammatoriske, antibakterielle og antioksidanteffekter, har de blitt mye brukt i ulike aspekter av helsetjenester og medisin, for eksempel sårheling og brannskade15,16. De brukes også i målrettet legemiddellevering, medisinsk bildebehandling og molekylær diagnose17. Sølv (Ag) har større antiinflammatorisk og antibakteriell virkning enn andre metallnanopartikler, som kobber (Cu), sink (Zn) og jern (Fe) 15. Sølv nanopartikler, en ny type nanomateriale, har bredspektret og potente antimikrobielle egenskaper. En tidligere studie fant at i brannskade- og peritonittmodeller18,19 kunne sølvnanopartikler effektivt hemme produksjonen av inflammatoriske faktorer og fremme sårheling. En tidligere studie viste også at sølvnanopartikler forbedret helbredelsen av diabetiske sår ved å fremme syntesen av vekstfaktorer og kollagenavsetning20.
Basert på de antiinflammatoriske effektene av sølvnanopartikler, hadde vi som mål å bruke sølvnanopartikler til å behandle type II kollagenindusert KOA hos mus. Resultatene antydet at antall inflammatoriske infiltrasjonsceller i synovialleddet hos mus ble signifikant redusert med denne behandlingen. Resultatene antydet også at sølv nanopartikler kunne betydelig lindre symptomene på KOA hos mus. Derfor kan anvendelsen av sølvnanopartikler støtte utviklingen av nye behandlingsalternativer for klinisk KOA.
Sølv nanopartikler utviser antiinflammatoriske, antibakterielle, antioksidanter og immunmodulerende effekter, noe som betyr at de kan beskytte celler og vev mot skade ved å redusere produksjonen av reaktive oksygenarter26. Noen forskere er bekymret for toksisiteten til sølvnanopartikler27. Toksisiteten av sølvnanopartikler er direkte relatert til tilstedeværelsen av frie sølvioner. På grunn av nanoskalastørrelsen på sølvnanopartikler, kan de lett forstyrre biomolekyler, celler og menneskelige organer 15,28,29. Flere studier har rapportert at sølv nanopartikler kan indusere oksidativt stress og svekke mitokondriell funksjon i humane celler30. I tillegg kan Ag detekteres i menneskelige organer, spesielt i leveren og milten, etter bruk av store mengder sølvnanopartikler. Forskere har også rapportert at sølv nanopartikler har evnen til å krysse blod-hjernebarrieren via transsynaptisk transport og akkumulere i hjernen31. En systematisk rapport om biotoksisiteten til sølvnanopartikler har ikke blitt utført, selv om enkelte forskere anerkjenner sikkerheten til sølvnanopartikler32.
I denne studien forberedte vi en sølv nanopartikkel kollagenblanding. Faktisk er varighetsperioden for sølvnanopartikler i humant vev kort, men varighetsperioden for sølvnanopartikler kan forlenges når den påføres med en kollagenblanding; Dette reduserer ikke bare traumer, men også dosen av stoffene. Med tanke på toksisiteten av sølvnanopartikler var dosen av sølvnanopartikler som ble brukt i denne studien 30 mg / kg, i tråd med tidligere forskning33.
Noen viktige hensyn til den eksperimentelle operasjonen er som følger. Type II kollagenase bør oppbevares ved −20 °C etter tilberedning for å forhindre nedbrytning på grunn av enzymatisk spaltning. Fremstillingen av sølvnanopartikkelkollagenblandingen må utføres på isen kontinuerlig ved romtemperatur fordi sølvnanopartikkelkollagenblandingen raskt blir en halvfast gel og deretter ikke kan brukes til injeksjon. Oppløsningen skal oppbevares ved 4 °C etter tilberedning. En 1 ml insulinsprøyte med en mindre kanyle bør velges for intraartikulær administrering, og dette kan effektivt forhindre lekkasje av de injiserte legemidlene. Nålen skal settes inn i en vinkel på 15 ° for å injisere sølvnanopartikkelkollagenblandingen. Når nålen ermotstandsdyktig, indikerer dette at nålen har nådd kneleddhulen. Etter injeksjon bør injeksjonsvinkelen endres, og nålen trekkes langsomt ut for å unngå lekkasje av det injiserte legemidlet.
I denne studien forbedret sølvnanopartikler effektivt symptomene på type II kollagenase-indusert KOA hos mus, og demonstrerte den antiinflammatoriske effekten av sølvnanopartikler. Flere studier har rapportert tilstedeværelsen av apoptose i celler inkubert in vitro med sølvnanopartikler 34,35,36. Reduksjonen i synovial hyperplasi kunne ha blitt forårsaket av sølvnanopartiklene på grunn av deres involvering i svekkelsen av mitokondriell funksjon, eller disse resultatene kan ha blitt mediert av reaktive oksygenarter. Vaskulær hyperplasi ble observert i synovium hos mus i KOA-modellgruppen. Det var mulig at kjemokiner kjørte nøytrofiler fra blodkarene til synovialvevet under denne prosessen, og at utbruddet av betennelse førte til at cellene forbrukte mer oksygen, noe som førte til vaskulær hyperplasi. Derfor er det nødvendig med ytterligere eksperimenter for å bevise påliteligheten av denne hypotesen. Denne studien gir teoretiske fordeler for forskning på behandling av klinisk KOA. I fremtidige studier tar vi sikte på å kombinere metoden for fremre korsbånd (ACL) sammen med den kjemisk induserte KOA-modellmetoden for å observere effekten av sølvnanopartikler. De eksperimentelle resultatene viser at sølvnanopartikler kan redusere infiltreringen av inflammatoriske celler i synovium i KOA-mus, men mekanismene for denne effekten trenger fortsatt videre studier, noe som kan unravel patogenesen av KOA.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbeidet ble finansiert av Natural Science Foundation of Guangdong-provinsen (nummer: 2019A1515010209) og Science and Technology Project of Guangzhou City, Kina (antall: 202102010164).
1 mL insulin syringe | BD | 305932 | None |
CD177 Polyclonal Antibody | ThermoFisher Scientific | PA5-98759 | None |
Chloral hydrate | Sigma-Aldrich | 302-17-0 | None |
DAB | MCE | HY-15912 | None |
Eosin | Beyotime Biotechnology | C0109 | None |
Formalin | Sigma-Aldrich | HT501128 | None |
Hematoxylin | Beyotime Biotechnology | C0107 | None |
Light Microscopy | Leica | DM500 | None |
Silver nanoparticle | Wolcacvi | S-10-20 | Store product in the dark at 4°C |
Safranine O-Fast Green FCF Cartilage Stain Kit | Solarbio | 90-15-3 | None |
Type II collagen | Sigma-Aldrich | C6885-500mg | None |