Præsenteret her er en protokol til brug af sølvnanopartikler til effektivt at forbedre de akutte symptomer på type II collagenase-induceret slidgigtmus, herunder synovial inflammation, synovial hyperplasi, vaskulær hyperplasi osv.
Knæartrose (KOA) er en af de mest almindeligt forekommende degenerative sygdomme i leddene hos mennesker over 45 år. I øjeblikket er der ingen effektive behandlinger for KOA, og den eneste endepunktsstrategi er total knæartroplastik (TKA); KOA er derfor forbundet med økonomiske byrder og samfundsmæssige omkostninger. Det immuninflammatoriske respons er involveret i forekomsten og udviklingen af KOA. Vi har tidligere etableret en musemodel af KOA ved hjælp af type II kollagen. Hyperplasi af synovialvævet var til stede i modellen sammen med et stort antal infiltrerede inflammatoriske celler. Sølvnanopartikler har betydelige antiinflammatoriske virkninger og har været meget udbredt i tumorterapi og kirurgisk lægemiddelafgivelse. Derfor evaluerede vi de terapeutiske effekter af sølvnanopartikler i en collagenase II-induceret KOA-model. De eksperimentelle resultater viste, at sølvnanopartikler signifikant reducerede synovial hyperplasi og infiltration af neutrofiler i synovialvævet. Derfor demonstrerer dette arbejde identifikationen af en ny strategi for OA og giver et teoretisk grundlag for at forhindre KOAs fremskridt.
Knæartrose (KOA) er en af de hyppigste former for slidgigt og involverer en kompleks sygdomsproces i hele synovialleddet1. Da verdens befolkning gradvist ældes, stiger forekomsten af KOA betydeligt. Vedvarende smerter i knæleddet får ofte patienter med KOA til at søge medicinsk behandling. Ætiologien af smerten i KOA kan være relateret til inflammatorisk respons, synovial hyperplasi og bruskdegeneration2. Synoviumvævene består af to typer celler: synoviale fibroblaster og makrofager 3,4,5. Synoviale fibroblaster producerer synovialvæske. Synoviale makrofager er normalt sovende og aktiveres af det inflammatoriske respons. Indledende betændelse i synovium forårsager knæledssmerter6.
Det synoviumvævs inflammatoriske immunrespons spiller en afgørende rolle i patogenesen af KOA. Tidligere undersøgelser har bekræftet, at der er inflammatoriske reaktioner i synoviumvævene i KOA, kendt som synovitis, og synovitisgraden af KOA er tæt forbundet med den inflammatoriske celleinfiltration af synoviumvævet 7,8,9. Synovitis er en inflammatorisk reaktion i synovium, og dets patologiske egenskaber er spredning af synovialceller, dannelse af nye kar og infiltration af inflammatoriske celler 5,10,11.
Målet med KOA-behandling er at lindre synoviumets inflammatoriske reaktion og forsinke sygdommens progression. I øjeblikket er de vigtigste kliniske lægemidler til behandling af KOA ikke-steroide antiinflammatoriske lægemidler (NSAID’er); Men, de udviser betydelige bivirkninger, såsom nefrotoksicitet12,13. Intraartikulære glukokortikoidinjektioner er en anden mulighed for behandling af KOA; Imidlertid spredes glukokortikoidet hurtigt og kan hurtigt metaboliseres af den fælles effusion. I mellemtiden bør diabetespatienter med underliggende hyperglykæmi være forsigtige med igangværende steroidinjektioner14. Sammenfattende er der ingen tilgængelig lægemiddelterapeutisk strategi for KOA. Derfor er udforskningen af nye lægemidler til behandling af KOA yderst presserende.
Størrelsen af sølvnanopartikler er mindre end 100 nm. På grund af deres fremtrædende antiinflammatoriske, antibakterielle og antioxidante virkninger er de blevet brugt i vid udstrækning inden for forskellige aspekter af sundhedspleje og medicin, såsom sårheling og brandskade15,16. De bruges også i målrettet lægemiddellevering, medicinsk billeddannelse og molekylær diagnose17. Sølv (Ag) har større antiinflammatorisk og antibakteriel virkning end andre metal nanopartikler, såsom kobber (Cu), zink (Zn) og jern (Fe)15. Sølvnanopartikler, en ny type nanomateriale, har bredspektrede og potente antimikrobielle egenskaber. En tidligere undersøgelse viste, at sølvnanopartikler i forbrændingsskader og peritonitismusemodeller18,19 effektivt kunne hæmme produktionen af inflammatoriske faktorer og fremme sårheling. En tidligere undersøgelse viste også, at sølvnanopartikler forbedrede helingen af diabetiske sår ved at fremme syntesen af vækstfaktorer og kollagenaflejring20.
Baseret på de antiinflammatoriske virkninger af sølvnanopartikler sigtede vi mod at bruge sølvnanopartikler til behandling af type II kollageninduceret KOA hos mus. Resultaterne antydede, at antallet af inflammatoriske infiltrationsceller i synovialleddet hos mus blev signifikant reduceret med denne behandling. Resultaterne antydede også, at sølvnanopartikler signifikant kunne lindre symptomerne på KOA hos mus. Derfor kan anvendelsen af sølvnanopartikler understøtte udviklingen af nye behandlingsmuligheder for klinisk KOA.
Sølvnanopartikler udviser antiinflammatoriske, antibakterielle, antioxidante og immunmodulerende virkninger, hvilket betyder, at de kan beskytte celler og væv mod skader ved at reducere produktionen af reaktive iltarter26. Nogle forskere er bekymrede over toksiciteten af sølvnanopartikler27. Toksiciteten af sølvnanopartikler er direkte relateret til tilstedeværelsen af frie sølvioner. På grund af nanoskalastørrelsen af sølvnanopartikler kunne de let forstyrre biomolekyler, celler og menneskelige organer 15,28,29. Flere undersøgelser har rapporteret, at sølvnanopartikler kan fremkalde oxidativt stress og forringe mitokondriefunktionen i humane celler30. Derudover kan Ag påvises i menneskelige organer, især i leveren og milten, efter brug af store mængder sølvnanopartikler. Forskere har også rapporteret, at sølvnanopartikler har evnen til at krydse blod-hjerne-barrieren via transsynaptisk transport og akkumuleres i hjernen31. Der er ikke udarbejdet en systematisk rapport om sølvnanopartiklers biotoksicitet, selv om nogle forskere anerkender sikkerheden ved sølvnanopartikler32.
I denne undersøgelse forberedte vi en sølv nanopartikel kollagen blanding. Faktisk er varigheden af sølvnanopartikler i humant væv kort, men varigheden af sølvnanopartikler kan forlænges, når de påføres med en kollagenblanding; Dette reducerer ikke kun traumet, men også dosis af stofferne. I betragtning af toksiciteten af sølvnanopartikler var dosis af sølvnanopartikler, der blev anvendt i denne undersøgelse, 30 mg / kg, i overensstemmelse med tidligere forskning33.
Et par vitale overvejelser om den eksperimentelle operation er som følger. Type II kollagenase bør opbevares ved -20 °C efter tilberedning for at forhindre nedbrydning på grund af enzymatisk spaltning. Fremstillingen af sølvnanopartikelkollagenblandingen skal udføres på isen kontinuerligt ved stuetemperatur, fordi sølvnanopartikelkollagenblandingen hurtigt bliver en halvfast gel og derefter ikke kan bruges til injektion. Opløsningen skal opbevares ved 4 °C efter tilberedning. En 1 ml insulinsprøjte med en mindre nål bør vælges til intraartikulær administration, og dette kan effektivt forhindre lækage af de injicerede lægemidler. Kanylen skal indsættes i en vinkel på 15° for at injicere sølvnanopartikelkollagenblandingen. Når nålen er ikke-resistent, indikerer dette, at nålen har nået knæledshulen. Efter injektion skal injektionsvinklen ændres, og nålen skal trækkes langsomt tilbage for at undgå lækage af det injicerede lægemiddel.
I denne undersøgelse forbedrede sølvnanopartikler effektivt symptomerne på type II collagenase-induceret KOA hos mus, hvilket demonstrerede den antiinflammatoriske virkning af sølvnanopartikler. Flere undersøgelser har rapporteret tilstedeværelsen af apoptose i celler inkuberet in vitro med sølvnanopartikler 34,35,36. Reduktionen i synovial hyperplasi kunne have været forårsaget af sølvnanopartiklerne på grund af deres involvering i svækkelsen af mitokondriefunktionen, eller disse resultater kan have været medieret af reaktive iltarter. Vaskulær hyperplasi blev observeret i synovium hos mus i KOA-modelgruppen. Det var muligt, at kemokiner kørte neutrofiler fra blodkarrene til synovialvævet under denne proces, og at udbruddet af betændelse fik cellerne til at forbruge mere ilt, hvilket førte til vaskulær hyperplasi. Derfor kræves yderligere eksperimenter for at bevise pålideligheden af denne hypotese. Denne undersøgelse giver teoretiske fordele for forskning i behandling af klinisk KOA. I fremtidige studier sigter vi mod at kombinere den forreste korsbåndsmetode (ACL) sammen med den kemisk inducerede KOA-modelmetode for at observere effekten af sølvnanopartikler. De eksperimentelle resultater viser, at sølvnanopartikler kan reducere infiltrationen af inflammatoriske celler i synovium i KOA-mus betydeligt, men mekanismerne for denne effekt har stadig brug for yderligere undersøgelse, som kan afsløre patogenesen af KOA.
The authors have nothing to disclose.
Dette arbejde blev finansieret af Natural Science Foundation of Guangdong-provinsen (nummer: 2019A1515010209) og Science and Technology Project of Guangzhou City, Kina (nummer: 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 |