Боли в нижнем отделе спины и шее часто связаны с дегенерацией межпозвонковых дисков (IVD) и были найдены ассоциации между распространенностью дегенерации IVD и тяжестью болей в нижней части спины.^{1, 2} IVD представлены центральной гидрофильной богатой proteoglycan желатинозной сердцевиной, nucleus pulposus (NP), которая окружена многослойными коллагенозными кольцами, annulus fibrosus, и хрящевыми и костными концевыми пластинками, отделяющими диск от позвонка.³ Сердцевина IVD не имеет сосудов, это сильно гидратированная ткань благодаря внеклеточному матриксу (ECM), окружающему клетки студенистого ядра (nucleus pulposus) который состоит из типа II collagen, glycosaminoglycans (GAGs) и proteoglycans, таких как aggrecan.^{4, 5} IVD является динамичной тканью, в которой ECM подвергается постоянному обновлению.⁶ Болезни дисков связаны не только с деструкцией структуры IVD, но и также с нарушениями оборота, обусловленного дефицитом факторов, участвующих в гомеостазе матрикса диска.⁷ Даже если anabolic и catabolic активности клеток в IVD обычно сохраняются, избыточные механические стрессы или др. стимулы могут нарушать гомеостаз и инициировать дегенеративный каскад.

Современные подходы по предупреждению дегенерации IVD ограничены. Большинство воздействий лишь симптоматические и нет воздействия, которое бы улучшало непосредственно гомеостаз в IVD.⁸ Очевидно, что удаление ткани NP во время дискэктомии ускоряет дегенерацию IVD после хирургии.⁹

В этой связи мы предложили мРНК в качестве средства регуляции клеток IVD, которое сможет изменять несбалансированный гомеостаз во время дегенерации дисков. Эта идея базируется на нашем предыдущем исследовании по предупреждению дегенерации хряща суставов у мышей, моделирующих остеоартрит, когда хондроциты суставного хряща были модифицированы путем внесения cartilage-anabolic фактора, runt-related transcription factor-1 (RUNX1), путем введения внутрь сустава RUNX1-кодирующей мРНК.^{10, 11} Модифицированные хондроциты обнаруживали повышенную экспрессию cartilage-anabolic маркеров и пролиферацию, приводя к усилению резистентности суставного хряща к механическим нагрузкам. Для IVD, особенно его сердцевины, где компоненты, такие как type II collagen, GAGs и proteoglycans сходны с теми, что в гиалиновом хряще суставов, внесение RUNX1 в клетки NP сердцевины IVD как ожидалось индуцировали продукцию слизеподобного материала, сохраняли состояние гидратации (hydration content) в сердцевине и оказывалось эффективным для замедления дегенерации диска.

Использование мРНК для воздействия транскрипционными факторами является ключевым для терапевтической стратегии. Это является альтернативой генотерапии с использованием вирусных и не вирусных векторов,^{12, 13} но имеется множество преимуществ мРНК перед векторами. Отсутствует потребность в проникновении в ядро, которое улучшает эффективность трансфекции в медленно делящихся или не делящихся первичных клетках, таких как нервные клетки и хондроциты^{11, 14, 15} и в принципе клетки NP в IVD. Временная трансляция белка с незначительным риском случайной интеграции в геном - это является важным фактором для лечения болезней дисков, поскольку неконтролируемая экспрессия внутриклеточных сигнальных белков с помощью генных векторов может вызывать опасные побочные эффекты. Такие риски не характерны для не летальных дегенеративных заболеваний.

В данном исследовании мы использовали модельных крыс с дегенерацией копчиковых дисков после укола иглой.^16-18 Было предположено, что внесение мРНК RUNX1 д. стимулировать секрецию слизеподобного материала из оставшихся клеток NP и чтобы поддержать состояние гидратации и замедлить скорость процессов дегенерации. Нано-носители, состоящие из polyethylene glycol (PEG)-polyamino acid (Poly{N-[N'-(2-aminoethyl)-2-aminoethyl]aspartamide}) блока из кополимеров (PEG-PAsp[DET]) и мРНК, наз. polyplex nanomicelles, были использованы для внедрения мРНК в диск.^{11, 15, 19-21} Наномицелии базируются на само-собирающихся блоках ко-полимеров, обладающих наружным слоем PEG и мРНК содержащей сердцевиной для стабильного удержания мРНК в нано-мицеллиях. Кроме того, покрытая PEG поверхность носителя эффективно предупреждает воспалительные реакции, которые часто вызываются неблагоприятной иммуногенностью мРНК. После получения RUNX1 мРНК в виде нано-мицеллий или в форме голой мРНК, диски анализировали морфологически c помощью рентгеновских лучей, qualitatively using MRI-T2 imaging, чтобы измерять гидратацию, иммуногистолигию, чтобы оценить экспрессию RUNX1 и состав внеклеточного матрикса. Исследование проверило концепцию нового лечения дегенерации дисков прямым введением мРНК в диск.

Итак, мы представили стратегию модификации болезни при дегенерации IVD путем прямой клеток с использованием мРНК для изменения неправильно сбалансированного гомеостаза в IVD, возникающего при дегенерации. Когда мРНК, кодирующая cartilage-anabolic транскрипционный фактор, runt-related transcription factor-1, вводилась модельным крысам с дегенерацией копчиковых дисков , то толщина диска сохранялась в значительно более высокой степени (~81%) по сравнению с контролем (69%), при этом предупреждалось развитие фиброза в ткани дисков. Кроме того, эффективно предупреждалось воспаление, которое возникало при инъекции голой мРНК в диск. Следовательно, мРНК обладает потенциалом лечения дегенеративных болезней IVD при введении cartilage-anabolic фактора в клетки хозяина.