Här presenteras ett protokoll för att använda silvernanopartiklar för att effektivt lindra de akuta symtomen hos typ II-kollagenasinducerade artrosmöss, inklusive synovialinflammation, synovial hyperplasi, vaskulär hyperplasi, etc.
Knäartros (KOA) är en av de vanligaste degenerativa ledsjukdomarna hos personer över 45 år. För närvarande finns det inga effektiva terapier för KOA, och den enda slutpunktsstrategin är total knäprotesplastik (TKA); därför är KOA förknippat med ekonomiska bördor och samhällskostnader. Det immuninflammatoriska svaret är involverat i uppkomsten och utvecklingen av KOA. Vi har tidigare etablerat en musmodell av KOA med kollagen av typ II. Hyperplasi av ledvävnaden förekom i modellen, tillsammans med ett stort antal infiltrerade inflammatoriska celler. Silvernanopartiklar har betydande antiinflammatoriska effekter och har använts i stor utsträckning vid tumörterapi och kirurgisk läkemedelstillförsel. Därför utvärderade vi de terapeutiska effekterna av silvernanopartiklar i en kollagenas II-inducerad KOA-modell. De experimentella resultaten visade att silvernanopartiklar signifikant minskade synovial hyperplasi och infiltrationen av neutrofiler i ledvävnaden. Således visar detta arbete på identifieringen av en ny strategi för OA och ger en teoretisk grund för att förhindra utvecklingen av KOA.
Knäartros (KOA) är en av de vanligaste formerna av artros och innebär en komplex sjukdomsprocess i helaleden1. I takt med att världens befolkning gradvis åldras ökar förekomsten av KOA avsevärt. Ihållande smärta i knäleden leder ofta till att patienter med KOA söker medicinsk behandling. Etiologin för smärtan vid KOA kan vara relaterad till det inflammatoriska svaret, synovial hyperplasi och broskdegeneration2. Synoviumvävnaderna består av två typer av celler: synoviala fibroblaster och makrofager 3,4,5. Synoviala fibroblaster producerar ledvätska. Synoviala makrofager är normalt vilande och aktiveras av det inflammatoriska svaret. Initial inflammation i synovium orsakar knäledssmärta6.
Synoviumvävnadens inflammatoriska immunsvar spelar en avgörande roll i patogenesen av KOA. Tidigare studier har bekräftat att det finns inflammatoriska reaktioner i synoviumvävnaderna vid KOA, känd som synovit, och synovitgraden av KOA är nära relaterad till den inflammatoriska cellinfiltrationen av synoviumvävnaderna 7,8,9. Synovit är en inflammatorisk reaktion av synovium, och dess patologiska egenskaper är proliferation av synovialceller, nybildning av kärl och infiltration av inflammatoriska celler 5,10,11.
Målet med KOA-behandling är att lindra den inflammatoriska reaktionen i synovium och fördröja sjukdomsförloppet. För närvarande är de viktigaste kliniska läkemedlen för behandling av KOA icke-steroida antiinflammatoriska läkemedel (NSAID); De uppvisar dock betydande biverkningar, såsom nefrotoxicitet12,13. Intraartikulära glukokortikoidinjektioner är ett annat alternativ för behandling av KOA; Glukokortikoiden sprider sig dock snabbt och kan snabbt metaboliseras av ledutgjutningen. Samtidigt bör diabetespatienter med underliggande hyperglykemi vara försiktiga med pågående steroidinjektioner14. Sammanfattningsvis finns det ingen tillgänglig läkemedelsterapeutisk strategi för KOA. Därför är det mycket angeläget att utforska nya läkemedel för behandling av KOA.
Storleken på silvernanopartiklar är mindre än 100 nm. På grund av deras framträdande antiinflammatoriska, antibakteriella och antioxidativa effekter har de använts i stor utsträckning inom olika aspekter av hälso- och sjukvård och medicin, såsom sårläkning och brännskador15,16. De används också vid riktad läkemedelstillförsel, medicinsk avbildning och molekylär diagnostik17. Silver (Ag) har större antiinflammatorisk och antibakteriell verkan än andra metallnanopartiklar, såsom koppar (Cu), zink (Zn) och järn (Fe)15. Silvernanopartiklar, en ny typ av nanomaterial, har bredspektrum och potenta antimikrobiella egenskaper. En tidigare studie visade att i brännskador och peritonitmusmodeller18,19 kunde silvernanopartiklar effektivt hämma produktionen av inflammatoriska faktorer och främja sårläkning. En tidigare studie visade också att silvernanopartiklar förbättrade läkningen av diabetessår genom att främja syntesen av tillväxtfaktorer och kollagenavlagring.
Baserat på de antiinflammatoriska effekterna av silvernanopartiklar syftade vi till att använda silvernanopartiklar för att behandla kollageninducerad KOA av typ II hos möss. Resultaten tydde på att antalet inflammatoriska infiltrationsceller i leden hos möss minskade signifikant med denna behandling. Resultaten tydde också på att silvernanopartiklar avsevärt kunde lindra symtomen på KOA hos möss. Därför kan appliceringen av silvernanopartiklar stödja utvecklingen av nya behandlingsalternativ för klinisk KOA.
Silvernanopartiklar uppvisar antiinflammatoriska, antibakteriella, antioxidativa och immunmodulerande effekter, vilket innebär att de kan skydda celler och vävnader från skador genom att minska produktionen av reaktiva syrearter26. Vissa forskare är oroade över toxiciteten hos silvernanopartiklar27. Toxiciteten hos silvernanopartiklar är direkt relaterad till närvaron av fria silverjoner. På grund av nanopartiklarnas nanostorlek i nanoskala kan de lätt störa biomolekyler, celler och mänskliga organ 15,28,29. Flera studier har rapporterat att silvernanopartiklar kan inducera oxidativ stress och försämra mitokondriell funktion i mänskliga celler30. Dessutom kan Ag detekteras i mänskliga organ, särskilt i levern och mjälten, efter användning av stora mängder silvernanopartiklar. Forskare har också rapporterat att silvernanopartiklar har förmågan att passera blod-hjärnbarriären via transsynaptisk transport och ackumuleras i hjärnan31. En systematisk rapport om biotoxiciteten hos silvernanopartiklar har inte genomförts, även om vissa forskare erkänner säkerheten hos silvernanopartiklar32.
I denna studie framställde vi en kollagenblandning av silvernanopartiklar. Faktum är att varaktighetsperioden för silvernanopartiklar i mänskliga vävnader är kort, men varaktighetsperioden för silvernanopartiklar kan förlängas när den appliceras med en kollagenblandning; Detta minskar inte bara traumat utan också dosen av läkemedlen. Med tanke på toxiciteten hos silvernanopartiklar var dosen av silvernanopartiklar som applicerades i denna studie 30 mg/kg, i linje med tidigare forskning33.
Några viktiga överväganden för den experimentella verksamheten är följande. Kollagen av typ II bör förvaras vid −20 °C efter beredning för att förhindra nedbrytning på grund av enzymatisk klyvning. Beredningen av silvernanopartikelkollagenblandningen måste utföras på isen kontinuerligt vid rumstemperatur eftersom silvernanopartikelkollagenblandningen snabbt blir en halvfast gel och sedan inte kan användas för injektion. Lösningen ska förvaras vid 4 °C efter beredning. En 1 ml insulinspruta med en mindre nål bör väljas för intraartikulär administrering, och detta kan effektivt förhindra läckage av de injicerade läkemedlen. Nålen ska föras in i en vinkel på 15° för att injicera silvernanopartikelkollagenblandningen. När nålen är icke-resistent indikerar detta att nålen har nått knäledshålan. Efter injektionen ska injektionsvinkeln ändras och nålen dras ut långsamt för att undvika läckage av det injicerade läkemedlet.
I denna studie förbättrade silvernanopartiklar effektivt symtomen på kollagenasinducerad KOA av typ II hos möss, vilket visar den antiinflammatoriska effekten av silvernanopartiklar. Flera studier har rapporterat förekomsten av apoptos i celler inkuberade in vitro med silvernanopartiklar 34,35,36. Minskningen av synovial hyperplasi kan ha orsakats av silvernanopartiklarna på grund av deras inblandning i försämringen av mitokondriell funktion, eller så kan dessa resultat ha medierats av reaktiva syrearter. Vaskulär hyperplasi observerades i synovium hos möss i KOA-modellgruppen. Det var möjligt att kemokiner drev neutrofiler från blodkärlen till ledvävnaden under denna process och att inflammationsutbrottet fick cellerna att förbruka mer syre, vilket ledde till vaskulär hyperplasi. Därför krävs ytterligare experiment för att bevisa tillförlitligheten i denna hypotes. Denna studie ger teoretisk nytta för forskning om behandling av klinisk KOA. I framtida studier strävar vi efter att kombinera den främre korsbandsmetoden (ACL) tillsammans med den kemiskt inducerade KOA-modellmetoden för att observera effekten av silvernanopartiklar. De experimentella resultaten visar att silvernanopartiklar signifikant kan minska infiltrationen av inflammatoriska celler i synovium hos KOA-möss, men mekanismerna för denna effekt behöver fortfarande studeras ytterligare, vilket kan avslöja patogenesen av KOA.
The authors have nothing to disclose.
Detta arbete finansierades av Natural Science Foundation i Guangdong-provinsen (nummer: 2019A1515010209) och Science and Technology Project i 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 |