Hier wird ein Protokoll für die Verwendung von Silbernanopartikeln vorgestellt, um die akuten Symptome von Typ-II-Kollagenase-induzierten Arthrose-Mäusen, einschließlich Synovialentzündung, Synovialhyperplasie, Gefäßhyperplasie usw., wirksam zu lindern.
Die Kniearthrose (KOA) ist eine der am häufigsten auftretenden degenerativen Erkrankungen der Gelenke bei Menschen über 45 Jahren. Derzeit gibt es keine wirksamen Therapeutika für KOA, und die einzige Endpunktstrategie ist die Knietotalendoprothetik (TKA). daher ist KOA mit wirtschaftlichen Belastungen und gesellschaftlichen Kosten verbunden. Die Entzündungsreaktion des Immunsystems ist an der Entstehung und Entwicklung von KOA beteiligt. Wir haben bereits ein Mausmodell für KOA mit Typ-II-Kollagen etabliert. Eine Hyperplasie des Synovialgewebes war im Modell vorhanden, zusammen mit einer großen Anzahl infiltrierter Entzündungszellen. Silbernanopartikel haben eine erhebliche entzündungshemmende Wirkung und werden häufig in der Tumortherapie und der chirurgischen Verabreichung von Medikamenten eingesetzt. Daher haben wir die therapeutischen Effekte von Silbernanopartikeln in einem Kollagenase II-induzierten KOA-Modell untersucht. Die experimentellen Ergebnisse zeigten, dass Silbernanopartikel die Synovialhyperplasie und die Infiltration von Neutrophilen in das Synovialgewebe signifikant reduzierten. Daher demonstriert diese Arbeit die Identifizierung einer neuartigen Strategie für OA und liefert eine theoretische Grundlage, um das Fortschreiten von KOA zu verhindern.
Die Kniearthrose (KOA) ist eine der häufigsten Formen der Arthrose und beinhaltet einen komplexen Krankheitsprozess im gesamten Synovialgelenk1. Da die Weltbevölkerung allmählich altert, nimmt die Inzidenz von KOA erheblich zu. Anhaltende Schmerzen im Kniegelenk veranlassen Patienten mit KOA häufig, sich in ärztliche Behandlung zu begeben. Die Ätiologie der Schmerzen bei KOA kann mit der Entzündungsreaktion, der Synovialhyperplasie und der Knorpeldegeneration zusammenhängen2. Das Synoviumgewebe besteht aus zwei Arten von Zellen: Synovialfibroblasten und Makrophagen 3,4,5. Synovialfibroblasten produzieren Synovialflüssigkeit. Synovialmakrophagen befinden sich normalerweise in der Inaktivität und werden durch die Entzündungsreaktion aktiviert. Eine anfängliche Entzündung der Gelenkinnenhaut verursacht Schmerzen im Kniegelenk6.
Die entzündliche Immunantwort des Synoviumgewebes spielt eine entscheidende Rolle bei der Pathogenese von KOA. Frühere Studien haben bestätigt, dass es bei KOA Entzündungsreaktionen im Synoviumgewebe gibt, die als Synovitis bekannt sind, und dass der Synovitisgrad der KOA eng mit der Entzündungszellinfiltration des Synoviumgewebes zusammenhängt 7,8,9. Synovitis ist eine Entzündungsreaktion der Synovial, und ihre pathologischen Merkmale sind die Proliferation von Synovialzellen, die Bildung neuer Gefäße und die Infiltration von Entzündungszellen 5,10,11.
Das Ziel der KOA-Behandlung ist es, die Entzündungsreaktion der Gelenkinnenhaut zu lindern und das Fortschreiten der Krankheit zu verzögern. Derzeit sind die wichtigsten klinischen Medikamente zur Behandlung von KOA nichtsteroidale Antirheumatika (NSAR); Sie weisen jedoch erhebliche Nebenwirkungen auf, wie z. B. Nephrotoxizität12,13. Intraartikuläre Glukokortikoid-Injektionen sind eine weitere Option zur Behandlung von KOA; Das Glukokortikoid breitet sich jedoch schnell aus und könnte durch den Gelenkerguss schnell verstoffwechselt werden. In der Zwischenzeit sollten Diabetiker mit zugrunde liegender Hyperglykämie bei laufenden Steroidinjektionen vorsichtig sein14. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass es keine verfügbare medikamentöse therapeutische Strategie für KOA gibt. Daher ist die Erforschung neuer Medikamente zur Behandlung von KOA äußerst dringlich.
Die Größe von Silbernanopartikeln beträgt weniger als 100 nm. Aufgrund ihrer ausgeprägten entzündungshemmenden, antibakteriellen und antioxidativen Wirkung werden sie in verschiedenen Bereichen des Gesundheitswesens und der Medizin eingesetzt, z. B. bei der Wundheilung und bei Verbrennungen15,16. Sie werden auch bei der gezielten Verabreichung von Medikamenten, der medizinischen Bildgebung und der molekularen Diagnostik eingesetzt17. Silber (Ag) hat eine stärkere entzündungshemmende und antibakterielle Wirkung als andere Metallnanopartikel wie Kupfer (Cu), Zink (Zn) und Eisen (Fe)15. Silbernanopartikel, eine neue Art von Nanomaterial, haben ein breites Spektrum und starke antimikrobielle Eigenschaften. Eine frühere Studie ergab, dass Silbernanopartikel in Verbrennungs- und Peritonitis-Mausmodellen18,19 die Produktion von Entzündungsfaktoren wirksam hemmen und die Wundheilung fördern können. Eine frühere Studie zeigte auch, dass Silbernanopartikel die Heilung von diabetischen Wunden verbessern, indem sie die Synthese von Wachstumsfaktoren und die Kollagenablagerung fördern20.
Basierend auf der entzündungshemmenden Wirkung von Silbernanopartikeln wollten wir Silbernanopartikel zur Behandlung von Typ-II-Kollagen-induzierter KOA bei Mäusen einsetzen. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass die Anzahl der entzündlichen Infiltrationszellen des Synovialgelenks bei Mäusen mit dieser Behandlung signifikant reduziert wurde. Die Ergebnisse deuteten auch darauf hin, dass Silbernanopartikel die Symptome von KOA bei Mäusen signifikant lindern könnten. Daher kann die Anwendung von Silbernanopartikeln die Entwicklung neuer Behandlungsoptionen für klinische KOA unterstützen.
Silbernanopartikel zeigen entzündungshemmende, antibakterielle, antioxidative und immunmodulatorische Wirkungen, was bedeutet, dass sie Zellen und Gewebe vor Schäden schützen könnten, indem sie die Produktion reaktiver Sauerstoffspezies reduzieren26. Einige Forscher sind besorgt über die Toxizität von Silbernanopartikeln27. Die Toxizität von Silbernanopartikeln steht in direktem Zusammenhang mit dem Vorhandensein von freien Silberionen. Aufgrund der nanoskaligen Größe von Silbernanopartikeln können sie Biomoleküle, Zellen und menschliche Organe leicht stören 15,28,29. Mehrere Studien haben berichtet, dass Silbernanopartikel oxidativen Stress induzieren und die mitochondriale Funktion in menschlichen Zellen beeinträchtigen können30. Darüber hinaus kann Ag in menschlichen Organen, insbesondere in Leber und Milz, nach dem Einsatz großer Mengen von Silbernanopartikeln nachgewiesen werden. Forscher haben auch berichtet, dass Silbernanopartikel die Fähigkeit haben, die Blut-Hirn-Schranke durch transsynaptischen Transport zu überwinden und sich im Gehirn anzureichern31. Ein systematischer Bericht über die Biotoxizität von Silbernanopartikeln wurde nicht erstellt, obwohl einige Forscher die Sicherheit von Silbernanopartikeln anerkennen32.
In dieser Studie haben wir eine Silber-Nanopartikel-Kollagenmischung hergestellt. In der Tat ist die Dauer von Silbernanopartikeln in menschlichem Gewebe kurz, aber die Dauer von Silbernanopartikeln kann verlängert werden, wenn sie mit einer Kollagenmischung aufgetragen werden. Dadurch wird nicht nur das Trauma, sondern auch die Dosis der Medikamente reduziert. In Anbetracht der Toxizität von Silbernanopartikeln betrug die Dosis der in dieser Studie verwendeten Silbernanopartikel 30 mg/kg, was mit früheren Untersuchungen übereinstimmt33.
Einige wichtige Überlegungen zum Versuchsbetrieb sind folgende. Typ-II-Kollagenase sollte nach der Zubereitung bei −20 °C gelagert werden, um einen Abbau durch enzymatische Spaltung zu verhindern. Die Herstellung der Silber-Nanopartikel-Kollagenmischung muss kontinuierlich auf dem Eis bei Raumtemperatur durchgeführt werden, da die Silber-Nanopartikel-Kollagenmischung schnell zu einem halbfesten Gel wird und dann nicht zur Injektion verwendet werden kann. Die Lösung sollte nach der Zubereitung bei 4 °C gelagert werden. Für die intraartikuläre Verabreichung sollte eine 1-ml-Insulinspritze mit einer kleineren Nadel gewählt werden, die das Auslaufen der injizierten Arzneimittel wirksam verhindern könnte. Die Nadel sollte in einem Winkel von 15° eingeführt werden, um die Silber-Nanopartikel-Kollagenmischung zu injizieren. Wenn die Nadel nicht widerstandsfähig ist, bedeutet dies, dass die Nadel die Kniegelenkshöhle erreicht hat. Nach der Injektion sollte der Winkel der Injektion geändert und die Nadel langsam zurückgezogen werden, um ein Auslaufen des injizierten Arzneimittels zu vermeiden.
In dieser Studie verbesserten Silbernanopartikel effektiv die Symptome der Typ-II-Kollagenase-induzierten KOA bei Mäusen und zeigten die entzündungshemmende Wirkung von Silbernanopartikeln. Mehrere Studien haben über das Vorhandensein von Apoptose in Zellen berichtet, die in vitro mit Silbernanopartikeln inkubiert wurden 34,35,36. Die Verringerung der Synovialhyperplasie könnte durch die Silbernanopartikel verursacht worden sein, da sie an der Beeinträchtigung der mitochondrialen Funktion beteiligt sind, oder diese Ergebnisse könnten durch reaktive Sauerstoffspezies vermittelt worden sein. Eine vaskuläre Hyperplasie wurde in der Synovialis von Mäusen in der KOA-Modellgruppe beobachtet. Es war möglich, dass Chemokine während dieses Prozesses Neutrophile aus den Blutgefäßen in das Synovialgewebe trieben und dass der Entzündungsschub dazu führte, dass die Zellen mehr Sauerstoff verbrauchten, was zu einer Gefäßhyperplasie führte. Daher sind weitere Experimente erforderlich, um die Zuverlässigkeit dieser Hypothese zu beweisen. Diese Studie liefert theoretische Vorteile für die Erforschung der Behandlung von klinischer KOA. In zukünftigen Studien wollen wir die Methode des vorderen Kreuzbandes (ACL) mit der chemisch induzierten KOA-Modellmethode kombinieren, um die Wirkung von Silbernanopartikeln zu beobachten. Die experimentellen Ergebnisse zeigen, dass Silbernanopartikel die Infiltration von Entzündungszellen in der Synovialis bei KOA-Mäusen signifikant verringern können, aber die Mechanismen dieses Effekts müssen noch weiter untersucht werden, um die Pathogenese von KOA zu entschlüsseln.
The authors have nothing to disclose.
Diese Arbeit wurde von der Natural Science Foundation der Provinz Guangdong (Nummer: 2019A1515010209) und dem Science and Technology Project der Stadt Guangzhou, China (Nummer: 202102010164) finanziert.
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 |