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(波士顿) 肌肉营养不良是一组导致患者肌肉质量和功能渐进式丧失的遗传性疾病，其中不可治愈的杜氏肌营养不良 (DMD) 尤其严重，这种疾病主要影响男孩的全身肌肉。人体基因组中最大的基因编码肌肉纤维中的一种中心蛋白质，其中 7000 多个独特的突变可能导致 DMD。虽然这些数量惊人的基因突变都会不同程度地阻碍肌肉功能，但受影响的肌肉有另一个共同特征——慢性炎症。
由于慢性炎症对肌肉退化的速度和严重程度有显著的影响，研究人员正在寻求不同的抗炎方法，可以应用于 DMD 患者衰弱的肌肉。到目前为止，已经清楚的是，广泛、系统地应用消炎疗法不能在单个肌肉中达到足够的效果，此外，它们可能对患者有毒，并增加他们感染的风险。为了克服这些障碍，局部作用疗法可以应用在受影响的肌肉将具有显著的优势。
现在，在哈佛大学维斯研究所生物启发工程和约翰保尔森工程与应用科学学院 (SEAS) 的研究团队，由维斯研究所创始核心成员大卫穆尼博士领导，已经开发出一种新方法，该方法采用了专门设计的抗炎纳米颗粒 (NPs)，可以局部和选择性地应用于严重受损或有恶化风险的慢性炎症肌肉，这些肌肉可能难以用口腔疗法达到。在先进的 DMD 小鼠模型中，该策略增加了肌纤维覆盖的肌肉体积，并通过增加浸润抗炎调节 T 细胞 (treg) 的数量来改善肌肉功能。研究结果发表在《科学进展》杂志上。
基于生物材料的解决方案: 设计和验证
“使用 NP-based 细胞因子传递, 我们可以创建一个治疗免疫状态的肌肉受到 demand media, 目标炎症疾病的通用驱动程序,“穆尼说, Wyss 研究所负责人 Immuno-Materials 平台, 也是海洋生物工程教授罗伯特 ·p·Pinkas 家庭。“考虑到高效细胞因子白细胞介素 - 4 (IL-4) 的局部传递，这种方法可以作为一种独立的治疗方法开发，或者在未来与旨在修复患者特定 DMD 突变的基因方法联合使用。”
促炎免疫细胞和抗炎免疫细胞被招募到消耗的肌肉中，并在肌肉中进一步分化，这被认为是一场积极的拔河。这两种方法都能暂时让肌肉经历肌纤维损伤和再生的连续循环，而从长远来看，损伤总是胜出的。重要的是，免疫细胞的特性和活动是由前和抗炎细胞因子控制的，这些细胞因子是由肌肉组织中的免疫或其他细胞释放的免疫调节分子。
2018 年，穆尼的团队发现，将具有抗炎细胞因子白介素 - 4 (IL-4) 的金纳米颗粒局部注射到急性损伤的小鼠肌肉中，与对照组 NPs 相比，可以提高肌肉的强度 40%。NPs 的设计是将金核 NP 部分包覆一层生物相容性聚合物聚乙二醇 (PEG)。然后，IL-4 细胞因子分子与 NP 表面的缝隙结合 (化学结合)，使其受到周围 PEG 的保护，并在注射到肌肉组织并被肌肉免疫细胞吸收后保持长时间的生物活性。
为了研究携带 IL-4 的 NPs 以及携带 IL-10(一种作用不同的抗炎细胞因子) 的 NPs 对 DMD 感染肌肉的影响，研究人员使用了一种被称为 Mdx 的现有小鼠模型，该模型携带在人类患者中发现的一种特定的 DMD 突变。由于 Mdx 小鼠的肌肉退行性变比人类患者慢得多，他们开发了一种微损伤方法，即反复损伤年老 Mdx 小鼠的后肢肌肉，以加速小鼠疾病进展，并更接近人类疾病。在 Mdx 小鼠中，微损伤引起了持续数周的慢性 dmd 样炎症和损伤。
用 T 细胞运动来增强肌肉
在结束微损伤手术一周后，他们将 IL-4 NPs(和 IL-10 NPs) 直接注射到慢性损伤的肌肉中，并在两周后分析效果。第一作者 Theresa Raimondo 博士说:“用 IL-4 而不是 IL-10 结合 NPs 的细胞因子治疗显著增加了肌肉纤维覆盖的横截面面积，在活的动物中，与对照组的小鼠相比，治疗后的肌肉收缩力和收缩速度增加了 4 倍。” 他是 Mooney 小组的研究生，现在是麻省理工学院的博士后研究员。
当膈肌和心肌受到影响时，DMD 对生命的威胁最大。该团队希望他们的策略有一天可以帮助改善患者的呼吸和心脏功能，尽管未来的研究必须评估这种可能性。
“有趣的是，我们可以将再生效果归因于 treg 的特定增加，treg 是一种免疫抑制 T 细胞类型，已知可以抵消肌肉因 DMD 而减弱的炎症过程。”
该团队观察到，在慢性损伤的 Mdx 小鼠肌肉中 treg 的数量增加了 50%，而其他类型的免疫细胞，包括中性粒细胞、树突状细胞、自然杀伤细胞、单核细胞和巨噬细胞的数量在其基于 np 的细胞因子治疗中保持不变。
特别是被称为 M2 的抗炎状态的巨噬细胞，也被认为在 DMD 小鼠模型中有助于肌肉强度和功能的恢复。Mooney 的团队之前发现，它们是修复正常小鼠急性损伤肌肉的关键。然而，在采用基于 np 的 IL-4 治疗的先进 Mdx 模型的慢性炎症肌肉中，M2 巨噬细胞对治疗效果没有显著贡献。穆尼说:“我们的联合研究结果强调，相同的细胞因子疗法可以获得非常不同的免疫结果，对肌肉的治疗效果取决于炎症类型。”
这种由 Wyss 免疫材料计划的 Dave Mooney 团队开发的方法可以作为一种替代方案，战略性地应用于治疗杜氏肌营养不良患者，这些患者的肌肉质量和功能的损失无法通过任何其他方法有效地阻止。NP-based 细胞因子疗法的相同的基本原则也可以潜在的各种各样的其他肌肉疾病, 炎症是主要力量,” 唐纳德 · 因格贝尔说 Wyss 创始董事, 医学博士, 博士, 他也是 Judah Folkman 血管生物学教授哈佛医学院和波士顿儿童医院, 是海洋工程学院生物工程教授。
