Advanced Healthcare Material : 可注射凝胶的miRNA智能递送用于椎间盘纤维化的基因治疗

随着生物基因治疗技术的蓬勃发展,椎间盘退变性疾病有了许多新的治疗策略。miRNA作为新兴生物治疗靶点,对许多疾病的治疗提供了潜在的可能性。其中,miRNA 在退变椎间盘组织中表达失调,并且参与许多椎间盘退变的病理生理过程,因此选择合适的治疗靶点并将miRNA用于椎间盘退变的治疗,有很大的希望实现高效的椎间盘退化的基因治疗。在纤维化的椎间盘组织中,基质金属蛋白酶(MMPs)的高表达大大促进椎间盘退变的发生和发展。因此,通过miRNA基因治疗方式靶向干预MMPs尤其是MMP-2的表达为治疗椎间盘退变提供了潜在的可能性。但是,单纯的miRNA小分子带有负电荷,难以通过细胞膜进入细胞内,无法达到治疗作用; “裸露”的miRNA在体内生理环境下极不稳定,容易降解消失;椎间盘退变是慢性病理过程,miRNA的干预需要持久才能产生理想的治疗效果。因此,为了提高椎间盘退化的miRNA基因治疗效果,并减少不必要的副作用,构建高效,稳定,持久并且智能型的miRNA载体是必不可少的。

四川大学丰干钧课题组与中国科学技术大学葛治伸课题组合作在miRNA转染体系聚乙二醇-嵌段-聚{N′-[N-(2-氨乙基)]-2-氨乙基天冬氨酸}-胆固醇[PEG-PAsp(DET)-Chole]引入MMP响应性的GPLGVRG 肽段,形成MMP响应性的miRNA转染载体PEG-GPLGVRG-PAsp(DET)-Chole(PGPC)。细胞实验表明研究表明嵌段聚合物PGPC络合miRNA形成稳定的结构。在MMPs作用下PEG壳层离去,显著提高了miRNA的细胞内吞和转染效率。实验阐明转染小分子miRNA-29a时可显著抑制MMP-2表达。进一步设计含有巯基的 CGPLGVRGC 肽段与miRNA-29a/PGPC混合,与八臂-PEG-马来酰亚胺同时注射入椎间盘。注射后通过迈克尔加成反应原位迅速形成水凝胶,最终形成 miRNA-29a/PGPC/水凝胶的 MMP 响应型 miRNA-29a多级 智能递送系统。该体系可以通过局部微创注射的方式给药,并且通过迅速原位成胶的方式,减少药物滴漏以及扩散造成的不良影响。该体系实现了纤维化椎间盘MMP表达的按需释放;同时,在体内实现miRNA的两阶段释放,进一步提高治疗的持久性和靶向性。体内活体成像实验表明该体系能够在原位维持长时间释放的miRNA-29a。基因治疗效果表明该体系很好的抑制了纤维环椎间盘MMP-2的表达,有效逆转了椎间盘纤维化和退化的进程。

研究者相信,此项研究将会为基因治疗椎间盘退变提供新的策略,为基于miRNA对多种疾病的基因治疗提供新的载体体系。相关论文在线发表在Advanced Healthcare Materials (DOI: 10.1002/adhm.201800623)上。

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