La thérapie génique non virale offre un espoir pour les lombalgies chroniques

Dans une étude récente publiée dans la revue Biomaterials, des chercheurs ont développé une nouvelle thérapie génique non virale pour traiter les douleurs dorsales discogéniques (DBP) en délivrant le facteur de transcription Forkhead Box F1 (FOXF1) à l'aide de vésicules extracellulaires conçues (eEV) dans des disques intervertébraux dégénératifs (DIV) in vivo.

La lombalgie chronique (LBP) est un problème mondial croissant en raison du vieillissement de la population et de l'aggravation des problèmes liés aux opioïdes. Les traitements actuels, qui consistent en un soulagement à court terme ou en des interventions chirurgicales coûteuses, soulignent la nécessité de thérapies non addictives et moins invasives.

Les approches biologiques actuelles, notamment l'administration de facteurs de croissance, la thérapie cellulaire et la thérapie génique virale, peuvent réduire la dégénérescence dans les modèles animaux et humains. Cependant, des problèmes tels que les effets à court terme, la faible efficacité à long terme et une immunogénicité et une oncogénicité inutiles peuvent entraver l'application directe de ces approches.

Dans cette étude, les chercheurs ont établi une thérapie génique non virale pour la dégénérescence du disque intervertébral (DIV) en utilisant FOXF1-eEV.

Les chercheurs ont transfecté des fibroblastes embryonnaires primaires de souris (PMEF) avec des plasmides contenant FOXF1 ou pCMV6 comme contrôle et ont caractérisé des échantillons d'eEV à l'aide d'un test de suivi des nanoparticules (NTA).

Ils ont évalué l'efficacité du chargement moléculaire dans les eEV par réaction en chaîne par polymérase avec transcription inverse quantitative (qRT-PCR) et par PCR conventionnelle. L'analyse par Western blot a permis d'identifier FOXF1 et des protéines spécifiques aux eV dans les formations d'eEV. L'équipe a utilisé des plasmides améliorant les régions polylinker supérieure et inférieure pour déterminer la présence d'ADN plasmidique de FOXF1 dans les cellules donneuses et générer des eEV.

Ils ont examiné l’ARNm pleine longueur produit à partir d’ADN plasmidique dans les eEV et les cellules donneuses.

Les chercheurs ont créé des vésicules extracellulaires contenant des facteurs de transcription pour restaurer la fonction tissulaire et modifier les réponses à la douleur dans un modèle animal de DBP.

Ils ont identifié des EV pour le transport et la distribution de FOXF1 dans les disques intervertébraux endommagés dans un modèle murin de douleur dorsale discogénique pour déterminer l'inhibition de la dégénérescence du disque intervertébral par FOXF1 eEV.

L'équipe a combiné des tests biomécaniques de disques intervertébraux de souris avec l'imagerie, les modifications de la matrice extracellulaire (ECM) et les réponses à la douleur évaluées après 12 semaines pour confirmer les changements de structure et de fonction, ainsi que la douleur, induits par l'intervention thérapeutique.

Les évaluations de la douleur préopératoires et postopératoires comprenaient la micro-tomographie par ordinateur (micro-CT), l'imagerie par résonance magnétique (IRM), les tests mécaniques, la coloration au bleu Alcian (AB) et au rouge picrosirius (PSR), le test au bleu de diméthylméthylène et l'immunohistochimie (IHC).

L’étude impliquait une technique chirurgicale dans laquelle les chercheurs administraient de la buprénorphine ER par voie sous-cutanée à des souris pour contrôler la douleur postopératoire.

L'équipe a effectué des évaluations comportementales avant l'opération et toutes les deux semaines de quatre à douze semaines après l'opération, en utilisant diverses méthodes, notamment le test en champ ouvert, la plaque froide, la suspension par la queue et la suspension par fil.

Le test en champ ouvert a évalué l'activité spontanée des souris; les tests de plaque froide ont mesuré l'hyperalgésie thermique; les tests de suspension de la queue ont mesuré la douleur axiale; et les tests de suspension par fil ont mesuré la force.

Douze semaines après l'opération, l'équipe a disséqué la colonne lombaire des animaux à l'aide d'un tracé des nerfs et des artères fémoraux afin d'identifier les disques intervertébraux entre L4 et L5, L5 et L6, et L6 et S1. L'IVD L5/L6 a été utilisé pour évaluer l'histologie et déterminer la teneur en glycosaminoglycanes (GAG).

Les eEV FOXF1 ont considérablement réduit les réponses à la douleur tout en restaurant la structure et la fonction du DIV, notamment en améliorant la hauteur du disque, l'hydratation des tissus, la teneur en protéoglycanes et les propriétés mécaniques.

L'étude s'est concentrée sur la libération d'eEV chargés de FOXF1 à partir de fibroblastes primaires transfectés par le facteur de transcription FOXF1. La RT-PCR quantitative a montré une augmentation significative des taux de transcription de l'ARNm de FOXF1 et de l'ARNm transcrit complet de FOXF1 par rapport aux cellules transfectées par pCMV6.

La thérapie eEV FOXF1 peut réduire la douleur dans un modèle de ponction discale lombaire chez la souris pendant une période allant jusqu'à 12 semaines. Les souris femelles ont présenté des crises plus longues dans le groupe traité par FOXF1 que dans le groupe blessé, et ces crises ont duré au moins 12 semaines après le traitement.

La thérapie FOXF1 eEV a amélioré l'hydratation et la hauteur des tissus IVD chez les animaux blessés et dégénératifs in vivo, tout en maintenant les niveaux d'hydratation et l'intensité de l'image pondérée en T2 du disque IVD.

Cependant, l'équipe a observé une réduction de la hauteur discale chez les animaux blessés et ceux traités par pCMV6 eEV. Les souris traitées par FOXF1 eEV n'ont présenté aucune réduction de la hauteur discale 12 semaines après le traitement. Le sexe n'a pas eu d'incidence sur les résultats fonctionnels.

Les eEV FOXF1 ont restauré la fonction mécanique des dispositifs IVD endommagés et dégénérés in vivo. Sous contrainte axiale, les dispositifs IVD traités par les eEV FOXF1 ont montré une rigidité NZ normalisée supérieure à celle des dispositifs IVD endommagés.

Dans des conditions de fluage, les IVD endommagés ont présenté des déplacements de fluage normalisés accrus, indiquant une diminution de la rigidité élastique au fluage normalisé.

Les résultats montrent que la réduction de la teneur en GAG dans les dispositifs IVD endommagés augmente la flexibilité mécanique, mais la thérapie eEV empêche la perte de glycosaminoglycanes et les modifications ultérieures de la fonction mécanique.

Les eEV FOXF1 ont induit des changements structurels et fonctionnels dans l'IVD en augmentant les niveaux de protéoglycanes et de GAG.

Les résultats de l'étude ont montré que les eEV chargés de facteurs de transcription développementaux peuvent traiter les maladies articulaires douloureuses telles que la DBP en délivrant ces facteurs de transcription dans les articulations dégénératives et douloureuses par IVD.

Cette stratégie peut aider à réduire les anomalies structurelles et fonctionnelles causées par la maladie et à réguler les réponses à la douleur d’une manière spécifique au sexe.

Les chercheurs ont également recommandé l'utilisation de facteurs de transcription développementaux tels que FOXF1 pour faire passer les cellules NP dégénératives à un état pro-anabolisant in vivo. Des études complémentaires sont nécessaires pour déterminer son efficacité thérapeutique.