Di seguito è presentato un protocollo per l’utilizzo di nanoparticelle d’argento per migliorare efficacemente i sintomi acuti dei topi di osteoartrite indotta da collagenasi di tipo II, tra cui infiammazione sinoviale, iperplasia sinoviale, iperplasia vascolare, ecc.
L’artrosi del ginocchio (KOA) è una delle malattie degenerative delle articolazioni più comunemente riscontrate nelle persone di età superiore ai 45 anni. Attualmente, non ci sono terapie efficaci per KOA e l’unica strategia end-point è l’artroplastica totale del ginocchio (TKA); pertanto, la KOA è associata a oneri economici e costi sociali. La risposta immunitaria infiammatoria è coinvolta nella comparsa e nello sviluppo di KOA. In precedenza abbiamo stabilito un modello murino di KOA utilizzando collagene di tipo II. L’iperplasia del tessuto sinoviale era presente nel modello, insieme a un gran numero di cellule infiammatorie infiltrate. Le nanoparticelle d’argento hanno notevoli effetti antinfiammatori e sono state ampiamente utilizzate nella terapia tumorale e nella somministrazione chirurgica di farmaci. Pertanto, abbiamo valutato gli effetti terapeutici delle nanoparticelle d’argento in un modello KOA indotto dalla collagenasi II. I risultati sperimentali hanno mostrato che le nanoparticelle d’argento hanno ridotto significativamente l’iperplasia sinoviale e l’infiltrazione di neutrofili nel tessuto sinoviale. Quindi, questo lavoro dimostra l’identificazione di una nuova strategia per l’OA e fornisce una base teorica per prevenire il progresso della KOA.
L’artrosi del ginocchio (KOA) è una delle forme più frequenti di artrosi e comporta un complesso processo patologico nell’intera articolazione sinoviale1. Con il graduale invecchiamento della popolazione mondiale, l’incidenza di KOA sta aumentando notevolmente. Il dolore costante nell’articolazione del ginocchio spinge comunemente i pazienti con KOA a cercare un trattamento medico. L’eziologia del dolore nella KOA può essere correlata alla risposta infiammatoria, all’iperplasia sinoviale e alla degenerazione della cartilagine2. I tessuti sinoviali sono composti da due tipi di cellule: fibroblasti sinoviali e macrofagi 3,4,5. I fibroblasti sinoviali producono liquido sinoviale. I macrofagi sinoviali sono normalmente dormienti e vengono attivati dalla risposta infiammatoria. L’infiammazione iniziale della sinovia provoca dolore all’articolazione del ginocchio6.
La risposta immunitaria infiammatoria del tessuto sinovia svolge un ruolo cruciale nella patogenesi del KOA. Studi precedenti hanno confermato che ci sono risposte infiammatorie nei tessuti della sinovia nella KOA, note come sinovite, e il grado di sinovite della KOA è strettamente correlato all’infiltrazione delle cellule infiammatorie dei tessuti della sinovia 7,8,9. La sinovite è una reazione infiammatoria della sinovia e le sue caratteristiche patologiche sono la proliferazione delle cellule sinoviali, la formazione di nuovi vasi e l’infiltrazione di cellule infiammatorie 5,10,11.
L’obiettivo del trattamento con KOA è quello di alleviare la reazione infiammatoria della sinovia e ritardare la progressione della malattia. Attualmente, i principali farmaci clinici per il trattamento della KOA sono i farmaci antinfiammatori non steroidei (FANS); tuttavia, presentano effetti collaterali significativi, come la nefrotossicità12,13. Le iniezioni intra-articolari di glucocorticoidi sono un’altra opzione per il trattamento della KOA; Tuttavia, il glucocorticoide si diffonde rapidamente e potrebbe essere rapidamente metabolizzato dal versamento articolare. Nel frattempo, i pazienti diabetici con iperglicemia sottostante dovrebbero essere cauti riguardo alle iniezioni di steroidi in corso14. In sintesi, non esiste una strategia terapeutica farmacologica disponibile per KOA. Pertanto, l’esplorazione di nuovi farmaci per il trattamento della KOA è estremamente urgente.
La dimensione delle nanoparticelle d’argento è inferiore a 100 nm. Grazie ai loro importanti effetti antinfiammatori, antibatterici e antiossidanti, sono stati ampiamente utilizzati in vari aspetti dell’assistenza sanitaria e della medicina, come la guarigione delle ferite e le ustioni15,16. Sono anche utilizzati nella somministrazione mirata di farmaci, nell’imaging medico e nella diagnosi molecolare17. L’argento (Ag) ha una maggiore azione antinfiammatoria e antibatterica rispetto ad altre nanoparticelle metalliche, come il rame (Cu), lo zinco (Zn) e il ferro (Fe)15. Le nanoparticelle d’argento, un nuovo tipo di nanomateriale, hanno potenti proprietà antimicrobiche ad ampio spettro. Uno studio precedente ha scoperto che nei modelli murini di ustioni e peritonite18,19, le nanoparticelle d’argento potrebbero inibire efficacemente la produzione di fattori infiammatori e promuovere la guarigione delle ferite. Uno studio precedente ha anche dimostrato che le nanoparticelle d’argento hanno migliorato la guarigione delle ferite diabetiche promuovendo la sintesi di fattori di crescita e la deposizione di collagene20.
Sulla base degli effetti antinfiammatori delle nanoparticelle d’argento, abbiamo mirato a utilizzare le nanoparticelle d’argento per trattare il KOA indotto dal collagene di tipo II nei topi. I risultati hanno suggerito che il numero di cellule di infiltrazione infiammatoria dell’articolazione sinoviale nei topi è stato significativamente ridotto con questo trattamento. I risultati hanno anche suggerito che le nanoparticelle d’argento potrebbero alleviare significativamente i sintomi del KOA nei topi. Pertanto, l’applicazione di nanoparticelle d’argento può supportare lo sviluppo di nuove opzioni terapeutiche per la KOA clinica.
Le nanoparticelle d’argento mostrano effetti antinfiammatori, antibatterici, antiossidanti e immunomodulatori, il che significa che potrebbero proteggere le cellule e i tessuti dai danni riducendo la produzione di specie reattive dell’ossigeno26. Alcuni ricercatori sono preoccupati per la tossicità delle nanoparticelle d’argento27. La tossicità delle nanoparticelle d’argento è direttamente correlata alla presenza di ioni d’argento liberi. A causa delle dimensioni su scala nanometrica delle nanoparticelle d’argento, potrebbero facilmente interferire con biomolecole, cellule e organi umani 15,28,29. Diversi studi hanno riportato che le nanoparticelle d’argento potrebbero indurre stress ossidativo e compromettere la funzione mitocondriale nelle cellule umane30. Inoltre, l’Ag può essere rilevato negli organi umani, in particolare nel fegato e nella milza, dopo l’uso di grandi quantità di nanoparticelle d’argento. I ricercatori hanno anche riferito che le nanoparticelle d’argento hanno la capacità di attraversare la barriera emato-encefalica attraverso il trasporto transsinaptico e accumularsi nel cervello31. Non è stata condotta una relazione sistematica sulla biotossicità delle nanoparticelle d’argento, sebbene alcuni ricercatori riconoscano la sicurezza delle nanoparticelle d’argento32.
In questo studio, abbiamo preparato una miscela di collagene di nanoparticelle d’argento. In effetti, il periodo di durata delle nanoparticelle d’argento nei tessuti umani è breve, ma il periodo di durata delle nanoparticelle d’argento può essere prolungato se applicate con una miscela di collagene; Questo non solo riduce il trauma ma anche la dose dei farmaci. Considerando la tossicità delle nanoparticelle d’argento, la dose di nanoparticelle d’argento applicata in questo studio è stata di 30 mg/kg, in linea con la ricerca precedente33.
Di seguito sono riportate alcune considerazioni fondamentali sull’operazione sperimentale. La collagenasi di tipo II deve essere conservata a -20 °C dopo la preparazione per prevenire la degradazione dovuta alla scissione enzimatica. La preparazione della miscela di collagene di nanoparticelle d’argento deve essere effettuata sul ghiaccio continuamente a temperatura ambiente perché la miscela di collagene di nanoparticelle d’argento diventa rapidamente un gel semisolido e quindi non può essere utilizzata per l’iniezione. La soluzione deve essere conservata a 4 °C dopo la preparazione. Per la somministrazione intra-articolare deve essere scelta una siringa da insulina da 1 mL con un ago più piccolo, che potrebbe prevenire efficacemente la fuoriuscita dei farmaci iniettati. L’ago deve essere inserito con un angolo di 15° per iniettare la miscela di collagene di nanoparticelle d’argento. Quando l’ago non è resistente, ciò indica che l’ago ha raggiunto la cavità dell’articolazione del ginocchio. Dopo l’iniezione, l’angolo dell’iniezione deve essere modificato e l’ago deve essere ritirato lentamente per evitare perdite del farmaco iniettato.
In questo studio, le nanoparticelle d’argento hanno migliorato efficacemente i sintomi della KOA indotta dalla collagenasi di tipo II nei topi, dimostrando l’effetto antinfiammatorio delle nanoparticelle d’argento. Diversi studi hanno riportato la presenza di apoptosi in cellule incubate in vitro con nanoparticelle d’argento 34,35,36. La riduzione dell’iperplasia sinoviale potrebbe essere stata causata dalle nanoparticelle d’argento a causa del loro coinvolgimento nella compromissione della funzione mitocondriale, oppure questi risultati potrebbero essere stati mediati da specie reattive dell’ossigeno. L’iperplasia vascolare è stata osservata nella sinovia dei topi nel gruppo modello KOA. Era possibile che le chemochine guidassero i neutrofili dai vasi sanguigni al tessuto sinoviale durante questo processo e che l’esplosione dell’infiammazione inducesse le cellule a consumare più ossigeno, portando così all’iperplasia vascolare. Pertanto, sono necessari ulteriori esperimenti per dimostrare l’affidabilità di questa ipotesi. Questo studio fornisce benefici teorici per la ricerca sul trattamento della KOA clinica. In studi futuri, miriamo a combinare il metodo del legamento crociato anteriore (ACL) con il metodo del modello KOA indotto chimicamente per osservare l’effetto delle nanoparticelle d’argento. I risultati sperimentali mostrano che le nanoparticelle d’argento possono ridurre significativamente l’infiltrazione di cellule infiammatorie nella sinovia nei topi KOA, ma i meccanismi di questo effetto necessitano ancora di ulteriori studi, che potrebbero svelare la patogenesi del KOA.
The authors have nothing to disclose.
Questo lavoro è stato finanziato dalla Natural Science Foundation della provincia del Guangdong (Numero: 2019A1515010209) e dal Progetto Scienza e Tecnologia della città di Guangzhou, Cina (Numero: 202102010164).
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 |