关键词:
椎间盘退变
circRNA
基因治疗
水凝胶微球
细胞外基质代谢
摘要:
背景:腰痛严重影响患者的生活质量和工作能力,并给社会带来了沉重的经济负担。研究表明,椎间盘退变引起的相关疾病是导致腰痛的最常见原因。目前对于椎间盘退变性疾病治疗方案包括:休息、理疗、药物治疗、椎间盘射频消融等介入治疗以及各种手术治疗。尽管这些治疗方法均取得了不错的短期疗效,但长期仍受高概率复发性疼痛的影响。近年来,基于生物分子、细胞和组织工程的生物疗法,因其在恢复椎间盘结构方面的巨大潜力而成为研究的焦点。但研究人员开发新的疗法时,普遍忽视了椎间盘营养供应不足的影响。这些促进细胞增殖和细胞外基质合成代谢活动的椎间盘修复策略,进一步加剧了退变椎间盘对营养的需求,从而降低了椎间盘细胞的生存能力。因此,有必要开发一种聚焦于椎间盘营养受限的修复策略,从而为治疗椎间盘退变提供新思路。在生物治疗领域中,相较于蛋白质、多肽和生长因子等传统疗法,基因治疗有望通过一次注射的方法,从根源上长期修复椎间盘退变。环状RNA(circular RNA,circ RNA)是一类新兴的RNA家族成员,通过影响转录或转录后水平的基因表达在调控细胞功能(例如增殖,分化,侵袭,迁移和代谢)方面起着关键作用。circ RNA具有种类丰富、结构稳定、序列保守以及细胞或组织特异性等特点,使其在开发椎间盘退变修复策略方面比其他RNA更具优势。然而,单纯的基因药物易被核酸酶降解和转染效率低而难以进入细胞发挥其功效,必须借助适宜的基因载体实现其有效递送。阳离子脂质体能够包装DNA或RNA并吸附在细胞膜上而被广泛用作基因载体。但是,直接注射到靶器官会导致基因载体迅速分散和丢失而难以靶向局部病灶。并且,基于载体的核酸生物学表达是瞬时性的,并不总是适用于需要进行长期持续再生修复的研究。此外,基因药物的不可控性表达,可能产生过量的细胞外基质导致病理性纤维化。因此,急需开发一种高效、持续和可控的基因递送系统来局部靶向修复椎间盘退变。先进生物材料引导的基因载体传递允许以时空精准的方式控制和传递基因药物,是一种新兴的、极具吸引力的靶向修复治疗方案。基于微流控技术制备的单分散、粒径均一、携载生物活性物的水凝胶微球,可以微创注射的方式减少组织损伤并实现精准治疗。另外,水凝胶微球可以保护和缓释封装在其内部的生物活性物,并以较低的局部药物浓度和施用频率,就可以提供安全和有效的治疗。因此,本研究拟从营养受限诱导椎间盘退变的病理机制出发,根据微阵列芯片筛选出的可靠circ RNA靶点,结合先进的可注射水凝胶微球技术,期望通过化学接枝的方式构建一种理想的局部靶向递送系统,从而实现退变椎间盘的长期修复。目的:1.筛选和鉴定营养受限诱导椎间盘退变过程中的关键circ RNA;2.评估circ RNA沉默基因工程化的可注射水凝胶微球的相关性能;3.评估circ RNA沉默基因工程化的可注射水凝胶微球在体内外修复椎间盘退变的能力。方法:第一部分:葡萄糖剥夺培养髓核细胞模拟椎间盘营养受限微环境。葡萄糖剥夺培养髓核细胞0 h、6 h、12 h和24 h后,收集样本,利用circ RNA芯片检测每个时间点髓核细胞中环状RNA表达量。STEM软件对时间序列进行聚类分析,筛选随着培养时间连续性变化的差异表达circ RNAs。功能富集分析用于预测连续性上调和下调circ RNAs的潜在功能。选择连续性上调最显著的5个circ RNAs和下调最显著的5个circ RNAs构建circ RNA-mi RNA调控网络,筛选关键的circ RNA。q RT-PCR检测关键circ RNA在退变髓核组织和葡萄糖剥夺培养的髓核细胞中的表达情况。Sanger测序和RNase R耐受实验用于验证关键circ RNA的结构。Western Blot实验检测沉默关键circ RNA后,葡萄糖剥夺培养的髓核细胞外基质成分的表达情况。第二部分:薄膜分散法制备1,2-二油酰-3-三甲基氨基丙烷/胆固醇/1,2-二油酰-sn-甘油-3-磷酸乙醇胺(1,2-dioleoyl-3-trimethylammonium-propane/cholesterol/1,2-dioleoyl-sn-glycero-3-phosphoethanolamine,DOTAP/Chol/DOPE)阳离子脂质体。根据DOTAP的氮原子比上p DNA的磷酸盐配制不同N/P比的基因-脂质体复合物(lipoplexes)。动态光散射(Dynamic light scattering,DLS)和透射电子显微镜(Transmission electron microscopy,TEM)观察阳离子脂质体和不同N/P比的lipoplexes的尺寸、Zeta电位以及形貌。凝胶电泳阻滞实验检测阳离子脂质体聚合p DNA的能力。流式细胞仪检测GFP阳性细胞百分率,CCK-8实验和q RT-PC