La terapia génica no viral ofrece esperanzas para la lumbalgia crónica

En un estudio reciente publicado en la revista Biomaterials, los investigadores desarrollaron una nueva terapia génica no viral para tratar el dolor de espalda discogénico (DBP) mediante la administración del factor de transcripción Forkhead Box F1 (FOXF1) utilizando vesículas extracelulares diseñadas (eEV) en discos intervertebrales degenerativos (IVD) in vivo.

El dolor lumbar crónico (DL) es un problema global creciente debido al envejecimiento de la población y al agravamiento de los problemas con los opioides. Los tratamientos actuales incluyen alivio a corto plazo o cirugías costosas, lo que resalta la necesidad de terapias no adictivas y menos invasivas.

Los enfoques biológicos actuales, como la administración de factores de crecimiento, la terapia celular y la terapia génica viral, pueden reducir la degeneración en modelos animales y humanos. Sin embargo, problemas como los efectos a corto plazo, la baja eficacia a largo plazo y la inmunogenicidad y oncogenicidad innecesarias pueden dificultar la aplicación directa de estos enfoques.

En este estudio, los investigadores establecieron una terapia génica no viral para la degeneración del disco intervertebral (IVD) utilizando FOXF1-eEV.

Los investigadores transfectaron fibroblastos embrionarios primarios de ratón (PMEF) con plásmidos que contenían FOXF1 o pCMV6 como control y caracterizaron muestras de eEV utilizando un ensayo de seguimiento de nanopartículas (NTA).

Evaluaron la eficiencia de la carga molecular en las eVE mediante la reacción en cadena de la polimerasa con transcripción inversa cuantitativa (qRT-PCR) y la PCR convencional. El análisis Western blot identificó FOXF1 y proteínas específicas de las eVE en las formaciones de eVE. El equipo utilizó plásmidos que potencian las regiones polienlazadoras superior e inferior para determinar la presencia de ADN plasmídico de FOXF1 en las células donantes y generar eVE.

Examinaron el ARNm de longitud completa producido a partir de ADN plasmídico en eEV y células donantes.

Los investigadores crearon vesículas extracelulares con factores de transcripción para restaurar la función tisular y alterar las respuestas al dolor en un modelo animal de DBP.

Identificaron EV para el transporte y distribución de FOXF1 en discos intervertebrales dañados en un modelo de ratón con dolor de espalda discogénico para determinar la inhibición de la eEV de FOXF1 de la degeneración del disco intervertebral.

El equipo combinó pruebas biomecánicas de discos intervertebrales de ratones con imágenes, cambios en la matriz extracelular (ECM) y respuestas de dolor evaluadas después de 12 semanas para confirmar cambios en la estructura y la función, así como el dolor, inducidos por la intervención terapéutica.

Las evaluaciones del dolor preoperatorio y posoperatorio incluyeron microtomografía computarizada (micro-CT), resonancia magnética (MRI), pruebas mecánicas, tinción con azul alcián (AB) y rojo picrosirio (PSR), prueba de azul de dimetilmetileno e inmunohistoquímica (IHC).

El estudio incluyó una técnica quirúrgica en la que los investigadores administraron Buprenorfina ER por vía subcutánea a ratones para controlar el dolor posoperatorio.

El equipo realizó evaluaciones de comportamiento antes de la cirugía y cada dos semanas desde cuatro hasta doce semanas después de la cirugía, utilizando una variedad de métodos que incluyen la prueba de campo abierto, la placa fría, la suspensión de la cola y la suspensión de alambre.

La prueba de campo abierto evaluó la actividad espontánea de los ratones; las pruebas de placa fría midieron la hiperalgesia térmica; las pruebas de suspensión de cola midieron el dolor axial y las pruebas de suspensión de alambre midieron la fuerza.

Doce semanas después de la cirugía, el equipo diseccionó las columnas lumbares de los animales mediante el trazado del nervio y la arteria femorales para identificar los discos intervertebrales entre L4 y L5, L5 y L6, y L6 y S1. Utilizaron el DIV L5/L6 para evaluar la histología y determinar el contenido de glicosaminoglicanos (GAG).

Las eEV de FOXF1 redujeron significativamente las respuestas al dolor al tiempo que restauraban la estructura y la función del IVD, incluida una mejor altura del disco, la hidratación del tejido, el contenido de proteoglicanos y las propiedades mecánicas.

El estudio se centró en la liberación de eEVs cargadas con FOXF1 a partir de fibroblastos primarios transfectados con el factor de transcripción FOXF1. La RT-PCR cuantitativa mostró un aumento significativo en los niveles de transcripción del ARNm de FOXF1 y en los niveles de ARNm de FOXF1 transcrito de longitud completa, en comparación con las células transfectadas con pCMV6.

La terapia con eEV de FOXF1 puede reducir las respuestas al dolor en un modelo de punción discal lumbar en ratones hasta por 12 semanas. Las hembras del grupo tratado con FOXF1 mostraron una mayor duración de las convulsiones que las del grupo lesionado, que se prolongó al menos 12 semanas después del tratamiento.

La terapia con FOXF1 eEV mejoró la hidratación y la altura del tejido del disco IVD en animales lesionados y degenerativos in vivo, al tiempo que mantuvo los niveles de hidratación y la intensidad de la imagen ponderada en T2 del disco IVD.

Sin embargo, el equipo observó una reducción en la altura del disco en los animales lesionados y en los tratados con pCMV6 eEV. Los ratones tratados con FOXF1 eEV no presentaron reducción en la altura del disco 12 semanas después del tratamiento. El sexo no afectó los resultados funcionales.

Las eEV de FOXF1 restauraron la función mecánica de los IVD dañados y degenerados in vivo. Bajo tensión axial, los IVD tratados con eEV de FOXF1 mostraron una mayor rigidez NZ normalizada en comparación con los IVD dañados.

En condiciones de fluencia, los IVD dañados exhibieron mayores desplazamientos de fluencia normalizados, lo que indica una disminución en la rigidez elástica de fluencia normalizada.

Los resultados muestran que la reducción del contenido de GAG en los IVD dañados aumenta la flexibilidad mecánica, pero la terapia eEV previene la pérdida de glicosaminoglicanos y los cambios posteriores en la función mecánica.

Las eEV FOXF1 indujeron cambios estructurales y funcionales en el IVD al aumentar los niveles de proteoglicanos y GAG.

Los resultados del estudio mostraron que las eEV cargadas con factores de transcripción del desarrollo pueden tratar enfermedades articulares dolorosas como la DBP mediante la administración de estos factores de transcripción en articulaciones degenerativas y dolorosas mediante IVD.

Esta estrategia puede ayudar a reducir las anomalías estructurales y funcionales causadas por la enfermedad y regular las respuestas al dolor de una manera específica para cada género.

Los investigadores también recomendaron el uso de factores de transcripción del desarrollo, como FOXF1, para transformar las células NP degenerativas en un estado proanabólico in vivo. Se requieren más estudios para determinar su eficacia terapéutica.