Intradiscal治疗改善软骨终板的溶质运输营养和阀瓣
默罕默德·哈比卜
扎该镇实行1,
Oju全
埃本Alsberg
亚伦j .字段- 1矫形外科部门,加州大学,旧金山,旧金山,加州,美国
- 2阿拉扎大学机械工程系埃及开罗
- 3生物医学工程系、伊利诺伊大学芝加哥,美国
可怜的养分运输通过软骨终板(CEP)是一个关键因素椎间盘变性的病因,可能阻碍生物瓣再生策略的有效性。然而,目前没有通过CEP治疗改善营养运输。在这项研究中,我们测试是否intradiscal交付matrix-modifying酶的CEP提高溶质传输到整个人类和牛光盘。十人的腰椎运动节段收获从五个新鲜尸体刺(38 - 66岁)和九牛尾骨的运动部分是从三个成人引导治疗intradiscally胶原酶或控制缓冲在海藻酸载体加载。运动部分是培养18 h在37°C,骨性终板,和孤立的光盘被压缩在静态(0.2 MPa)和循环(0.4 - -0.8 MPa, 0.2赫兹)负载而淹没在荧光素示踪剂的解决方案(376 Da;0.1毫克/毫升)。荧光素浓度从site-matched髓核(NP)样品盘之间的比较。CEP样本每个盘消化和化验硫酸粘多糖(sGAG)和胶原蛋白的内容。结果表明,酶治疗CEP显著增强小溶质运移盘。光盘与enzyme-treated CEPs(人类)的10.8倍和14.0倍(牛)更高的荧光素浓度相比NP site-matched位置在光盘buffer-treated cep证书(p< 0.0001)。增加溶质运输符合酶治疗CEP成分的影响,其中包括减少sGAG含量33.5%(人类)和40%(牛)。整个椎间盘生物力学behavior-namely,蠕变应变和阀瓣之间的相似模盘与酶- buffer-treated CEPs。综上所述,这些研究结果证明CEP的潜力矩阵修正改善小溶质运输的整个完整的光盘。
1介绍
背部疼痛是残疾的主要原因,是世界范围的一个主要公共卫生问题(Haralson & Zuckerman, 2009;Vassilaki &赫维茨,2014年;马特et al ., 2017;Fernandez-Moure et al ., 2018)。在某些子组背痛的病人,椎间盘变性可能引起疼痛(周et al ., 2011)。当前医疗干预椎间盘变性手术,通常是不成功的,激励发展的非手术的替代品。非手术方法再生阀瓣和减轻疼痛包括提供基因(伍兹et al ., 2011),生长因子(Bae & Masuda, 2011;桔多琪et al ., 2022),细胞(Velikonja et al ., 2014;桔多琪et al ., 2022),或其他小分子(Gawri et al ., 2013;王et al ., 2021)促进细胞增殖,刺激合成代谢活动,减少分解代谢和炎症。重要的是,这些方法都需要丰富的营养供给维持更高的细胞数量或代谢率(霍纳&城市,2001;Fernandez-Moure et al ., 2018)。然而,人类椎间盘变性通常伴随着一个受限制的营养供应(字段et al ., 2018;黄et al ., 2014;城市et al ., 2004),这可能会限制这些疗法的临床效用和效率(黄et al ., 2014;朱et al ., 2016;Binch et al ., 2021;桔多琪et al ., 2022)。然而,没有现有的治疗方法来改善椎间盘营养供给。开发治疗策略来改善椎间盘营养可能会因此帮助减缓或逆转退化,并可能提高再生潜力的生物疗法,增加营养要求在盘。
合适的盘髓核之间的营养包括营养和代谢物交换(NP)细胞和椎毛细血管(Maroudas et al ., 1975;Nachemson et al ., 1970;Ohshima et al ., 1989;城市et al ., 1977),有几个因素可以影响正常的溶质交换模式。例如,营养物质进入阀瓣和退出代谢物必须通过软骨终板(CEP)和溶质通过可以减缓或被改变CEP的组成矩阵,包括脱水(安东尼奥由于et al ., 1996)、矿化(黄et al ., 2019;Benneker et al ., 2005;格兰特et al ., 2016)和纤维化(安东尼奥由于et al ., 1996;黄et al ., 2019)。为例,我们发现cep证书与大量的胶原蛋白,硫酸粘多糖(sGAG)和矿物养分扩散受阻,从而削弱NP细胞生存和功能内部扩散室(黄et al ., 2019)。此外,这些赤字CEP成分也明显恶化相关下腰痛患者的椎间盘变性(Bonnheim et al ., 2022)。
出于这些发现,我们探讨一个矩阵修改策略改善椎间盘营养涉及酶减少大量的胶原蛋白和aggrecan不透水和纤维化(cep证书悲哀et al ., 2019)。治疗人类尸体CEPs重组人类MMP-8酶的特异性高的基质金属蛋白酶II型胶原蛋白和aggrecan,减少sGAG内容剂量依赖性的方式。重要的是,减少CEP矩阵满足于MMP-8治疗改善了NP细胞生存能力扩散腔内,表明改进的CEP渗透营养(悲哀et al ., 2019)。尽管扩散室代表一个有用的模型系统研究CEP渗透率的影响增强,钱伯斯不模拟复杂的微环境或加载一个完整的椎间盘,因此,CEP渗透性增强对溶质运移的影响到整体,完整光盘尚不清楚。本研究的目标是:1)控制,开发一个模型intradiscal交付CEP matrix-modifying酶;2)测量溶质运输到整个人类和牛光盘intradiscal治疗后的CEP matrix-modifying酶。
2方法
2.1牛组织
9个完整的牛尾骨的运动部分是从三牛尾每牛尾(3段)获得在2 h(从本地屠宰场屠宰(引导的近似年龄范围:在18到22岁个月大)。收获运动片段后,17 g克劳福德针plasma-mediated coblation魔杖(ArthroCare 2000)是通过插入posteriolateral环指向一个CEP在每个盘,魔杖激励在低功率设置(2 W) 10 s针是先进的远端环,和金属钴组织与PBS去除掉。这个coblation步骤是必要的,为克服高背压健康牛光盘。coblation后,魔杖被针到位,和运动段被随机分配到三组(n = 3运动段/组;表1):胶原酶- 0.15 U 50µl海藻酸缓释载体;控制在50个µl buffer-HBSS海藻酸载体;或sham-needle插入。
表1。牛尾(CC)盘分配学习小组。
2.2人体组织
五个人类尸体腰椎棘突(年龄范围:38 - 66岁;平均年龄:56±10年)获得捐助者没有肌肉骨骼疾病的病史(UCSF意志身体程序)。从这些刺,十个完整的运动片段(2每脊柱运动节段)是收获和随机分配到两组(n = 5运动段/组;表2);胶原酶- 0.15 U 50µl海藻酸载体;或控制在50个µL buffer-HBSS海藻酸载体)。脊柱前收获所有尸体先生进行了成像(GE发现750 W 3 t先生;通用电气医疗集团)。图像由一个矢状快速旋转回声t2加权序列和一个3 d multi-echo UTE锥映射序列。序列参数与先前报道的(王et al ., 2021)。确保运动片段来自同一个捐赠者都是结构完整的和类似的程度的退化,我们选择从水平运动段完整的cep和类似Pfirrmann退化等级(补充材料)。
表2。人类尸体人口数据和腰椎盘分配学习小组。
2.3海藻酸制备
海藻酸净化,海藻酸钠(10 g, Protanal低频20/40)是溶解在1000毫升超纯去离子水(diH2针对diH O),透析2O (MWCO 3500;光谱实验室Inc .) 3天,活性炭处理(0.5毫克/ 100毫升,50 - 200目,Fisher) 30分钟,过滤(0.22μm过滤器)和冻干。
氧化海藻酸盐(OA)是由海藻酸钠反应(Protanal低频20/40,196000克/摩尔,融合生物聚合物)与高碘酸钠(σ)使用先前描述的方法(全et al ., 2017)。简而言之,海藻酸钠(10克)溶解在超纯去离子水(diH2啊,一夜之间900毫升)。高碘酸钠(543和1085毫克)在100毫升diH溶解2O和海藻酸添加到单独的解决方案来实现不同程度的理论海藻酸氧化(分别为5%和10%)在室温下搅拌在黑暗中24 h。美洲国家组织对diH被透析纯化2O (MWCO 3500;光谱实验室Inc .) 3天,活性炭处理(0.5毫克/ 100毫升,50 - 200目,Fisher) 30分钟,过滤(0.22μm过滤器)和冻干。实际氧化(4.2%±0.5%和8.5%±0.3%)确定使用AmpliteTM比色醛定量工具(AAT Bioquest Inc .)根据制造商的指示。
我们比较不同的海藻酸的释放动力学公式(0%的氧化,5%的氧化、氧化10%)在一次让其它初步研究(补充材料),观察到的释放动力学的基础上,我们使用了0%氧化海藻酸intradiscal注射。
2.4 Intradiscal CEP治疗
酶治疗或控制缓冲送到CEP荧光镜的指导下。短暂,17 g爵针插入(Medline,单品:PAIN8001)通过后外侧的纤维环和先进的中部地区优越的CEP在每个盘(图1)。针位置后,50的胶原酶或控制缓冲µL悬浮在海藻酸载体注射到CEP,然后纤维蛋白胶(TISSEEL,巴克斯特国际公司、钙、美国)是应用于环在针收缩。所有的运动片段被孵化在蛋白酶抑制剂鸡尾酒溶解在PBS缓冲根据制造商的协议(Sigma-Aldrich、目录号P2714) 18 h在37°C。
图1。Intradiscal交付溶胶原的酶治疗通过17 g爵针CEP的优越(一)牛尾骨的和(B)人体腰椎椎间盘在荧光镜的指导。
2.5运输试验
自定义设置被用来评估CEP渗透性增强对溶质运移的影响到阀瓣(图2)。消除任何潜在的混杂的影响内骨性终板结构和物种之间的差异,劣质和优越的骨侧仔细从运动中删除部分去毛刺工具(图3一)。几个x光图像(Faxitron内阁x射线系统模型43855)被骨切除过程中,确保完全删除所有的骨骼组织和计算横截面积的孤立的光盘(ImageJ, NIH)。
图2。实验装置(一)和压缩测试协议(B)整个完整的盘,沉浸在荧光素示踪剂的解决方案。
图3。(一)压缩测试之前,整个光盘是从周围的软组织,孤立和骨性终板被去毛刺工具。圆圈表明海藻酸凝胶位置优越的CEP的下面图1 b。(B)压缩测试后,光盘在液氮和两个5毫米宽snap-frozen mid-sagittal石板被进一步生化和荧光素测量。圆圈表示CEP拳收获生化测量的位置。(C)Mid-sagittal板显示NP组织样本的位置(三2毫米拳每inferior-superior职位)相对于治疗和un-treated CEPs。(D)两个4毫米直径拳从每个CEP的中部地区收获mid-sagittal板(B)。
孤立的光盘被夹在多孔不锈钢压板(孔直径0.8毫米,1.8毫米厚度和孔覆盖17.9%)和开孔多孔泡沫铝块相似的孔隙度和刚度的椎体骨小梁(Duocel®泡沫铝盘,7% - -9%的相对密度,ERG航空集团,奥克兰),而淹没在200毫升的荧光素示踪剂的解决方案(376 Da;在PBS)(0.1毫克/毫升图2)。伺服液压加载框架(MTS Bionix 858;MTS系统公司,伊甸草原,MN)被用来应用加载导致生理盘压力。具体来说,我们应用6 h的静态压缩加载期间代表intradiscal压力测量范围的低端各种静态姿势(0.2 MPa) (Nachemson 1966;Wilke, et al ., 1999),其次是1.6 h(循环压缩加载导致压力范围(0.4 - -0.8 MPa)和频率(0.2赫兹),类似于那些以圆盘在走(Wilke, et al ., 1999)。
2.6 NP和CEP组织抽样
后立即传输实验中,光盘被吸附在液态氮冷冻,以防止任何进一步的分散荧光素。接下来,两个5-mm-thick-coronal板与低速金刚石锯切(IsoMet,比勒,IL) (图3 b)。从每个板3 NP样本收集使用2毫米活检打孔四superior-inferior地点(图3 c)。上级伪劣CEP层被小心翼翼地从任何剩余的光盘和修剪NP组织(图3 d)。两个CEP样本收集从每个完整的CEP使用4毫米活检打孔(图3 d)。所有NP和CEP样本集中微量天平、冻干干燥,完全在木瓜蛋白酶消化后续分析。
2.7荧光素浓度
NP组织消化是化验为荧光SpectraMax iD5标(分子设备,圣何塞,CA)和荧光读数(例485海里,em。525海里)引用的标准曲线已知的荧光素浓度。荧光素浓度在NP样本计算基于测量含水量从冻干法和比较site-matched位置之间的光碟collagenase-treated vs buffer-treated CEPs。
2.8 CEP生化成分
CEP组织消化使用dimethylmethylene蓝色是sGAG化验内容分析(DMMB) (Farndale et al ., 1986;桑普森et al ., 2019)。摘要吸光度测量标在595 nm和引用已知硫酸软骨素含量的标准曲线。
整除的CEP消化也在6 N盐酸水解18 h在110°C。中和酸玉米胚芽蛋白酶解物被化验使用chloramine-T总胶原蛋白含量的比色测定(字段et al ., 2014),引用标准曲线的吸光度测量已知的羟脯氨酸浓度。
总sGAG和胶原蛋白含量CEP组织被用来评估酶治疗CEP的影响矩阵组成。
2.9整个椎间盘生物力学特性
轴向力、十字头位移和时间数据收集期间运输实验和处理自定义脚本(MATLAB, Mathworks;Natwick MA),计算了圆盘模量和蠕变应变。盘模量被认为是应力-应变曲线的斜率最大值的压力线性静态压缩阶段的一部分。总蠕变应变之间的比率被认为是结束时的总位移静态压缩阶段和初始阀瓣的高度。
2.10统计
混合效应模型占多个测量每个主题通过随机拦截被用来估计最小二乘均值荧光素浓度在每个NP位置和最小二乘均值sGAG CEP和胶原蛋白含量,和图基HSD事后测试是用来测试组之间的差异。单向方差分析是用来比较组之间的整个月亮的园盘压缩蠕变应变和弹性模量。统计分析JMP Pro 15;p< 0.05被认为是具有统计学意义。
3的结果
3.1酶治疗对溶质运移的影响
Intradiscal酶治疗CEP显著提高溶质传输到牛尾骨的光盘(图4一)。具体地说,在向上级对待CEP附近的NP,荧光素示踪剂浓度高出14倍的光盘,CEP证书比光盘,用胶原酶治疗CEPs处理控制缓冲区(19.72±5.17 vs 1.41±1.11μgμg /毫升/毫升;p< 0.0001)与未经处理的cep和7倍高于光盘(2.81±1.79μg /毫升;虚假的)。光盘buffer-treated和虚假的cep证书,荧光素浓度通常是附近最高的cep证书,在职位(缓冲:1.41±1.11;骗局:2.81±1.79μg /毫升)和D(缓冲:1.48±1.66;骗局:1.35±0.52μg /毫升)和光盘的中心最低位置B(缓冲:0.33±0.14;骗局:0.81±0.34μg /毫升)和C(缓冲:0.43±0.27;骗局:0.71±0.25μg /毫升)。
图4。(一)荧光素浓度(平均值±标准差;n = 3盘/组)明显高于牛NP collagenase-treated优越的CEP近端,位置(一个p< 0.0001 vs控制缓冲;bp< 0.0001 vs骗局;p> 0.10所有其他比较)。(B)荧光素浓度(平均值±标准差;n= 5片/组)明显高于人类NP collagenase-treated优越的CEP近端,位置(一个p< 0.0001)。
同样,intradiscal酶治疗CEP提高溶质传输到人体腰椎盘(图4 b)。优越的荧光素浓度附近的NP CEP治疗,在位置,高出10.8倍内的光盘CEPs比光盘,用胶原酶治疗CEPs治疗控制缓冲区(55.27±31.11 vs 5.14±3.54μgμg /毫升/毫升;p< 0.0001)。在光盘buffer-treated cep证书,荧光素浓度随位置;cep证书最高浓度通常是相邻的,职位(5.14±3.54μg /毫升)和D(7.14±2.26μg /毫升),和最低中心的光盘,在位置B(0.58±0.18μg /毫升)和C(0.62±0.19μg /毫升)。
3.2酶治疗对CEP矩阵组成的影响
Intradiscal酶治疗的数量明显减少选民在牛和人类CEPs solute-blocking矩阵。具体来说,胶原酶治疗减少sGAG内容,对待牛CEPs显示,平均而言,他们配对sGAG含量低于40%未经处理的cep证书(p= 0.03;图5一个)。的cep证书未经处理的以及那些接受控制缓冲区有类似sGAG内容。同样,相同的酶剂量交付intradiscally人类显著降低sGAG cep证书内容,上级CEPs显示低33.5% sGAG内容,平均而言,比他们配对劣质cep证书(p= 0.01;图5 b)。
图5。(一)牛光盘中,接受了胶原酶治疗sGAG内容的处理(上级)CEP的sGAG含量明显低于未经处理的(劣质)CEP证书(p= 0.03,差与优越的配对t以及;平均数±标准差;n = 3片/组)(B)在接受了胶原酶治疗人类的光盘,sGAG内容的处理(上级)cep的sGAG含量明显低于未经处理的(劣质)cep证书(p< 0.01,差与优越的配对t以及;平均数±标准差;n = 5盘/组)。
胶原酶治疗倾向于把治疗CEPs胶原蛋白含量较低,但差异未达到统计上的显著水平。具体来说,意味着胶原蛋白含量较低在上级对待CEPs(156.79±84.55μg /毫克干wt)比他们的配对劣质cep证书(233.39±85.73μg /毫克干wt;p= 0.21;图6),但是差异没有达到统计学意义。在接受了胶原酶治疗人类的光盘,待遇优越CEPs胶原蛋白含量(327.75±188.65μg /毫克干wt)往往低于其配对的未经处理的cep证书(334.7186±208.01μg /毫克干wt;p= 0.07;图6 b)。
图6。(一)牛光盘中经历了胶原酶治疗,治疗中胶原蛋白含量(上级)cep证书是类似于治疗(劣质)cep证书(p= 0.21,配对t以及;平均数±标准差;n = 3片/组)(B)在接受了胶原酶治疗人类的光盘,胶原蛋白含量(上级)治疗是类似于cep证书未经处理的(劣质)cep证书(p= 0.07,配对t以及;平均数±标准差;n = 5盘/组)。
3.3酶治疗对NP组织成分的影响
了解酶治疗送到CEP NP的构成组织的影响,我们测量了sGAG内容在人类NP组织样本,化验荧光素(表3)。胶原酶治疗有一个小的、局部的影响sGAG邻NP组织的内容。具体来说,意味着sGAG NP样本毗邻collagenase-treated CEP的位置是15.2%低于未经处理的CEP的NP相邻的组织样本在同一位置D盘(p= 0.027)和13.8%低于组织NP样品在相同的光盘(位置Bp= 0.026)。比较之间的意思是sGAG NP组织样本的其他职位并不重要。
表3。影响intradiscal治疗sGAG内容(µg /毫克干)在NP不同位置。
3.4酶治疗对整个月亮的园盘生物力学行为的影响
确定的生物力学影响CEP矩阵在整个月亮的园盘级修改,我们比较了抗压模量和总蠕变应变组间方差分析。牛的光盘、总蠕变应变和抗压模量之间的相似与collagenase-treated CEPs光盘,buffer-treated cep和未经处理的cep证书(图7)。同样,在人类的光盘,总蠕变应变和抗压模量之间是相似的光盘和collagenase-treated buffer-treated cep证书(图7 b)。
图7。整个月亮的园盘压缩蠕变应变(顶部)和模量(底部是相似的(一)牛,(B)人类光盘collagenase-treated CEPs vs控制cep证书。p -从单向方差分析值。
4讨论
这里我们调查intradiscal治疗修改矩阵的CEP增强小溶质运输整个椎间盘。胶原酶酶被加载到降解水凝胶载体,然后交付通过优越的CEP荧光镜的指导下针。结果表明,胶原酶治疗(0.15 U)的数量明显减少治疗CEP sGAG:酶治疗人体腰椎和牛尾骨的CEP sGAG减少了33.5%和40%,分别为(图5)。酶治疗也导致胶原蛋白含量减少,但治疗效果不同,CEP胶原蛋白含量差异处理和未经处理的CEP证书相同的光盘未达到统计上的显著水平。重要的是,酶治疗CEP恰逢376 - da荧光素进入更大的运输在静态和循环压缩负载下髓核。特别是NP组织毗邻collagenase-treated人类和牛CEPs 10.8倍(人类)和14(牛)更高的荧光素浓度与NP组织毗邻buffer-treated CEPs加载后(图4)。发现的类似的模式与相对健康牛光盘CEP和NP组织和人类光盘有退化CEP和NP组织借信心治疗机制的普遍性和整体治疗效果。人类cep证书在我们之前的研究中,我们观察到非原位治疗的cep截断人类重组MMP-8 sGAG含量减少剂量依赖性的方式,增加荧光素吸收到卸载cep证书,和增强营养运输和NP细胞生存能力悲哀et al ., 2019)。我们的新发现证明CEP矩阵的概念第一次修改,压缩加载光盘,综上所述,这些研究结果支持CEP的潜力矩阵修正改善运输小溶质大小范围的必需营养素,例如,葡萄糖(180 Da)。
CEP矩阵修改的目标是减少solute-blocking矩阵成分,营养改善CEP的渗透率,提高盘细胞生存能力/函数(悲哀et al ., 2019;黄et al ., 2019)。在我们之前的研究中,减少了CEP的sGAG恰逢被动增加6% - -22%荧光素吸收16% -24% (悲哀et al ., 2019)。在活的有机体内,阀瓣受到静态和循环载荷的组合,使溶质传输通过诱导CEP对流(桑普森et al ., 2019)。流体流动的影响溶质对流可以解释为什么类似的酶剂量使用在当前的研究中产生了更大的提高荧光素运输通过被动扩散CEP比观察。
CEP富含II型胶原蛋白(Schollmeier et al ., 1976;罗伯茨et al ., 1991;摩尔,2006;Nosikova et al ., 2012)和aggrecan。我们使用一个商业形式的胶原酶p从梭状芽胞杆菌histolyticum (c . histolyticum)矩阵的修改,这种酶可以分解在四种类型的胶原蛋白肽债券(I、II、III和IV) (Alipour et al ., 2016)和蛋白水解活性蛋白聚糖。基质金属蛋白酶(MMPs)也有很高的特异性II型胶原蛋白和aggrecan (“Kashiwag, 2003;悲哀et al ., 2019)。在最近的研究中,我们对待人类和牛cep证书,所以我们选择了一个通用的胶原酶酶,而不是一个特定的人类MMP的重组。然而,胶原酶的影响p人类CEP成分出现与截断所观察到的类似人类MMP-8 (悲哀et al ., 2019一起),我们的研究表明,两种酶减少CEP sGAG含量和胶原蛋白有更微妙的影响。虽然collagenase-treated cep的胶原蛋白含量通常低于buffer-treated cep证书,这些差异没有统计学意义(图6)。一个可能的解释是,胶原蛋白裂解碎片仍然交织在一起CEP矩阵,和更大的曝光时间需要删除这些片段(江et al ., 2020)。
目标交付matrix-modifying酶CEP提出了一些技术挑战。我们选择一个50µl卷injectate基于初步intradiscal压力测试;注入更大的交易量增加了背压,很难防止泄漏。水凝胶载体的选择是控制酶的释放治疗(补充材料),执行和intradiscal交付使用17 g爵硬膜外针在针弯曲结束的提示,允许水凝胶退出横向45度角。结合斜针的轨迹,可以提供所需的CEP的治疗中心(图1)。我们对待一个从每个盘CEP演示概念验证并确保摘要CEP将作为intra-disc控制。在这一点上,目前还不清楚如果治疗CEP足以改善椎间盘营养或者治疗两CEP证书是必要的。更广泛的矩阵的修改一个或两个CEP证书可以通过重定向针到达目标CEP的不同区域;然而,重定向中的针阀瓣治疗多个位置是具有挑战性的,可能需要更多的专业仪器。一个相关的挑战是本地化的酶和最小化对髓核组织的影响。例如,我们发现,NP组织毗邻这些enzyme-treated CEPs sGAG内容相比低15%未经处理的CEP的NP组织毗邻同一盘(表3)。这表明,其他策略可能需要进一步减少非标靶治疗效果。例如,将大脂质体纳米颗粒可能会限制酶酶灵活性和帮助减少不必要的酶在NP迁移(悲哀et al ., 2019)。
适当的CEP函数需要平衡biotransport冲突和生物力学要求,因此,成功的矩阵修改策略改善biotransport必须敏感,任何生物力学影响。具体来说,过度的乳沟和删除CEP的胶原原纤维和蛋白聚糖可能不经意间盘低模量和风险临床显著的椎间盘损伤。胶原蛋白网络有助于抵抗横向CEP期间产生的拉伸阀瓣压缩(字段et al ., 2010;字段et al ., 2014;DeLucca et al ., 2016),蛋白聚糖在CEP被认为有助于防止蛋白多糖的损失总量髓核(罗伯茨et al ., 1996)。我们发现光盘enzyme-treated CEPs有类似的整个月亮的园盘模量和蠕变应变buffer-treated光盘(总图7这里使用),这表明适度剂量足以提高溶质传输而不影响整个月亮的园盘静态和循环压缩载荷作用下的行为。额外的机械测试更复杂的加载协议需要进一步了解CEP的生物力学影响矩阵修改。
这项研究有一些局限性。首先,我们删除骨性终板在运输之前实验为了隔离CEP矩阵组成对溶质运移的影响到光盘和促进物种之间进行比较。例如,牛脊髓单位有椎松果体和增长板块持续到成年期,而成人碟片。此外,骨在牛尾椎骨终板更厚比人类的木材椎骨。鉴于总骨和软骨终板更强烈的渗透性与CEP渗透率与骨性终板渗透性比(罗德里格斯et al ., 2011),消除骨性终板不太可能影响我们的结论相对增加溶质运输到阀瓣与酶治疗。此外,除骨性终板被成像不扰乱CEP验证。第二个限制是,我们使用一个溶质大小在运输实验,和渗透性增强可能是尺度依赖的。我们专注于376 Da-sized示踪剂由于其相似葡萄糖(180 Da),这对NP细胞生存是至关重要的。酶治疗的效果在大溶质过滤的CEP也很重要,仍然未知。第三个限制是,我们没有测量CEP组织的局部力学性能,这也是生理重要(Lotz et al ., 2013;字段et al ., 2014;字段et al ., 2018)。最后,我们没有评估矩阵修改这个尸体的生物效应研究。为了解决这个问题,正在进行的工作是利用细胞和器官培养模型来评估治疗的安全性和有效性,包括描述细胞反应的副产品CEP矩阵蛋白水解作用。
5的结论
我们发现intradiscal交付matrix-modifying酶的CEP的数量明显减少sGAG。以这种方式对待CEP显著增强small-solute运输到光盘。这是一个重要的一步在活的有机体内临床前研究。未来的研究应注重优化酶输送和释放,以及发现原生细胞的反应matrix-modifying酶和基质蛋白水解作用的副产品。
5.1意义
策略来提高养分运输在CEP可能减缓或逆转椎间盘变性的潜力。我们的新结果很重要,因为他们认为intradiscal交付到CEP matrix-modifying酶可以有效降低solute-blocking矩阵成分,从而提高溶质运输。这种治疗策略可以独立或可能结合生物再生疗法的NP和增加营养的要求。
数据可用性声明
最初的贡献提出了研究中都包含在这篇文章/补充材料,进一步的调查可以针对相应的作者。
道德声明
本研究利用牛尾骨的光盘,从当地屠宰场和获得来自加州大学旧金山分校的人类尸体腰椎盘意志的身体计划。UCSF意志主体程序从捐赠者获得同意,和尸体组织提供给研究小组没有任何个人标识符。由于这项研究没有涉及人类参与者或医疗数据,这项研究是免除IRB审查。
作者的贡献
概念化:MH,房颤数据管理:MH, SH,和AF形式分析:MH,房颤资金收购:AF方法:MH, PI-KW,杰,和EA资源:杰,EA,橙汁,PI-KW,房颤监督局:MH, EA和房颤写作初稿:MH,房颤写作——审查和编辑:MH, SH,橙汁,杰,PI-KW, EA和房颤。
资金
这项研究支持由北美脊柱协会(AF),研究评价和分配委员会UCSF (AF),核心肌肉骨骼生物学和医学中心UCSF (AF)、颠覆性肌肉骨骼创新中心UCSF (AF)、美国国立卫生研究院(房颤:R01 AR070198和e AR066262)。
确认
作者感谢UCSF意志主体项目协助尸体采购和筛选。
的利益冲突
作者声明,这项研究是在没有进行任何商业或财务关系可能被视为一个潜在的利益冲突。
出版商的注意
本文表达的所有索赔仅代表作者,不一定代表的附属组织,或出版商、编辑和审稿人。任何产品,可以评估在这篇文章中,或声称,可能是由其制造商,不保证或认可的出版商。
补充材料
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引用
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关键词:椎间盘变性,软骨终板biotransport,脊柱生物力学,腰痛,组织工程
引用:哈比卜M,该镇实行年代,全啊,Lotz JC,吴π,Alsberg E和字段AJ (2023) Intradiscal治疗改善软骨终板的溶质运输营养和阀瓣。前面。Bioeng。Biotechnol。11:1111356。doi: 10.3389 / fbioe.2023.1111356
收到:2022年11月29日;接受:09年2月2023;
发表:2023年2月27日。
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