Rapamycin-Nanoliposomen kehren die Alterung von Bandscheibenzellen über mTOR- und Autophagie-Signalwege um

Die Bandscheibendegeneration ist eine der Hauptursachen für altersbedingte Rückenschmerzen und Behinderung, und es gibt kein zugelassenes Medikament, das sie verlangsamt. Der gelartige Kern der Bandscheibe enthält Nucleus-pulposus-Zellen (NP-Zellen), die in einer nährstoffarmen, abgeschlossenen Umgebung normalerweise quieszent bleiben, das heißt, sie teilen sich nicht, sind aber nicht seneszent. Wenn diese Zellen in die Seneszenz kippen, sezernieren sie Entzündungsfaktoren wie IL-1β und TNF-α und beschleunigen den Gewebeabbau. Diese Studie untersuchte, ob Rapamycin, verabreicht in Nanoliposomen, NP-Zellen durch die Hemmung von mTORC1 in der Quieszenz halten kann.

Das Team stellte Rapamycin-Nanoliposomen (Rapa-Lipos) aus Rapamycin, dem Phospholipid DPPC und Trehalose her, mittels Dünnfilmdispersion, Gefriertrocknung, Ultraschallbehandlung mit Sonde und 0,45-μm-Filtration. Die Partikel maßen 141–165 nm und trugen eine positive Oberflächenladung. Die Verkapselungseffizienz betrug 80,3 % ± 3,99 % und die Wirkstoffbeladung 5,02 % ± 0,25 % (n=3). Die In-vitro-Freisetzung hielt 28 Tage an, mit einem Maximum von 9,116 ± 0,396 ppb an Tag 1 und 7,273 ± 0,208 ppb an Tag 28, also ein langsames und recht flaches Profil.

Für die Zellversuche wurden NP-Zellen aus Schwanzbandscheiben 8 Wochen alter männlicher Sprague-Dawley-Ratten zur Nachbildung der Quieszenz in niedrigem Serumgehalt (1 % FBS) gehalten und anschließend 7 Tage lang mit IL-1β (10 ng/mL) belastet. Die Zellen erhielten Rapa-Lipos (Rapamycin 50 μg/mL, DPPC 250 μg/mL), leere Liposomen oder keine Behandlung. IL-1β ließ runde Zellen zu vergrößerten, abgeflachten Zellen werden. Rapa-Lipos unterdrückten diese Veränderung der Morphologie sowie die erhöhte IL-1β-/TNF-α-Sekretion, die gesteigerte β-Galactosidase-Aktivität, die lysosomale Dysfunktion, höhere P21/P16-Werte und niedrigere P27-Werte. Die Messmethoden umfassten β-Gal-Färbung, LysoTracker, Elektronenmikroskopie, ELISA, EdU, Durchflusszytometrie, Western Blot und qPCR.

Mechanistisch hemmten Rapa-Lipos mTORC1 (phosphoryliertes mTOR), was den NLRP3/Caspase-1-Inflammasom-Signalweg dämpfte und den Autophagie-Lysosomen-Signalweg aktivierte (beurteilt anhand von Markern wie LC3B und p62). Mit einer siRNA-vermittelten Stilllegung von Raptor, der zentralen mTORC1-Komponente, wurde geprüft, ob diese Effekte von mTORC1 abhingen. Insgesamt stützen die Daten ein Modell, in dem die mTORC1-Hemmung die Entzündungsaktivität verringert und die lysosomale Entsorgung wiederherstellt und so die Quieszenz erhält.

In vivo erhielten 6 Wochen alte männliche Ratten Injektionen in die Schwanzbandscheibe mit 2 μL IL-1β (10 ng/mL), mit oder ohne 2 μL Rapa-Lipos (Rapamycin 50 μg/mL), neben Gruppen mit leeren Liposomen und unbehandelten Tieren. Nach einem Monat wurden die Bandscheiben mittels Röntgen (n=4), T2-gewichteter MRT (n=3), Hämatoxylin-Eosin-Histologie und Aggrecan-Immunfluoreszenz (n=3) beurteilt. Die Autoren berichten, dass Rapa-Lipos die Degeneration bei allen diesen Messgrößen abmilderten. Statistisch wurden ANOVA und t-Tests mit p<0,05 als Schwelle verwendet.

Der Ansatz deutet auf eine Möglichkeit hin, Rapamycin lokal an der Bandscheibe zu verabreichen und dadurch möglicherweise die systemische Exposition bei oraler Einnahme zu vermeiden. Die Einschränkungen sind erheblich: Die Evidenz ist präklinisch und beruht auf kleinen Tierzahlen, gesunden jungen männlichen Ratten, einem akuten IL-1β-Verletzungsmodell statt echter Alterung und einer Nachbeobachtung von nur einem Monat. Quantitative Effektstärken lagen im bereitgestellten Auszug nicht vor, und die Sicherheit und Dosierung beim Menschen sind nicht untersucht.