李智1 , 牟方志2 , 张方辉1 , 王科2
1. 中国人民解放军中部战区总医院
2. 武汉理工大学材料复合新技术国家重点实验室
目的:
调节副交感神经系统的活动可能是膝骨关节炎(KOA)的一种潜在治疗策略。迷走神经刺激(VNS)可以增加副交感神经的活性,并激活各种抗炎途径,改善外周症状。在此,我们探索一种新型治疗KOA方式——将纳米机器人作为载体,注射到迷走神经鞘内,通过磁场驱动,以达到治疗KOA目的。
方法:
研究小组证实了具备生物相容性的纳米机器人集群可以在神经细胞中工作,安全有效的靶向刺激迷走神经治疗: ①体外研究表明,纳米机器人在高离子强度的雪旺细胞环境中表现出可逆的无团聚重构和强抗生物粘附性。②体外和体内研究证实,纳米机器人通过磁场作用下,可以有效打开钙离子通道并激活雪旺细胞。动物实验:分为2周和4周两个治疗周期,各50只SD大鼠,分成5组,分别为 ①空白对照组 ② 膝骨关节炎组 ③ 生理盐水组 ④ 纳米机器人组 ⑤ 磁驱纳米机器人组。10只/组,采用切断内侧副韧带和内侧半月板,并离断前交叉韧带的方法建立大鼠膝骨关节炎模型;显露颈动脉鞘,微量注射器(直径0.30 mm)迷走神经鞘内注射磁性纳米材料(10 ul),强磁场装置由发动机和强力磁铁构成,旋转磁场中心场强为70 mT,通过旋转磁场对迷走神经刺激,治疗时间20分钟/日,治疗周期2周&4周。治疗结束后,所有大鼠取血和膝关节组织进行血清细胞因子和组织学观察。
结果:
磁驱纳米机器人组迷走神经刺激后,软骨下骨侵蚀的形成和不规则的关节表面减少。磁驱纳米机器人组大鼠血清TNF-α、IL-6、IL-1β、MMP-13表达水平明显低于生理盐水组和纳米机器人组,差异具有统计学意义(P<0.05)。磁驱纳米机器人组步态分析中StrideLen、Av Print Area、Stance Pressure水平明显高于生理盐水组和纳米机器人组,差异具有统计学意义(P<0.05)。磁驱纳米机器人组迷走神经刺激后可以对膝骨关节炎有一定治疗效果,且在注射纳米机器人后早期14天的观察中,此种纳米材料对大鼠重要器官(心、肝、脾、肺、肾)未造成明显的损伤。
结论:
磁驱纳米机器人迷走神经刺激,对治疗大鼠膝骨关节炎有一定疗效。这项研究为纳米机器人的生物医学应用提供了一种合理的设计策略,并为靶向治疗膝骨关节炎提供了一个通用动力平台。纳米机器人在骨关节炎治疗中有良好的应用前景,为临床上治疗骨关节炎提供了新的方向和思路。