Le système Nanozyme-EV répare continuellement l'ADN pour stopper la dégénérescence discale

La lombalgie causée par la dégénérescence discale intervertébrale (DDI) touche des centaines de millions de personnes dans le monde. Les cellules du nucleus pulposus (CNP) qui maintiennent l'intégrité du disque sont progressivement détruites par le stress oxydatif, qui génère des espèces réactives de l'oxygène (ERO) endommageant l'ADN, déclenchant la sénescence cellulaire et amenant les cellules sénescentes à libérer des médiateurs inflammatoires — un état appelé phénotype sécrétoire associé à la sénescence (SASP). Cette cascade inflammatoire recrute des macrophages, dégrade la matrice extracellulaire et accélère l'effondrement du disque. Malgré la fréquence des stratégies biomatérielles antioxydantes, le rôle en amont des dommages à l'ADN dans la perpétuation de ce cycle a été largement négligé.

L'équipe de recherche a d'abord validé le mécanisme pathologique par séquençage de l'ARN à cellule unique sur des échantillons de disques humains cliniques (GSE244889). Elle a identifié huit clusters cellulaires dans le tissu du nucleus pulposus, les macrophages étant prédominants dans les disques dégénérés. Le sous-clustering des CNP a révélé que les cellules réactives au stress (marquées par CP, un mimétique de la glutathion peroxydase) persistaient à tous les stades de dégénérescence, tandis que les populations de CNP progénitrices et régénératives diminuaient avec la sévérité. Les analyses d'ontologie des gènes et de GSEA ont confirmé l'enrichissement des voies du stress oxydatif, des dommages à l'ADN, inflammatoires et de différenciation myéloïde dans les échantillons sévèrement dégénérés. L'analyse en pseudotemps a montré une expression précoce de gènes de réparation de l'ADN (*NEIL3*, *BRCA2*, *ERCC1*) qui déclinait progressivement à mesure qu'augmentaient les marqueurs de sénescence et d'inflammation. Ces résultats ont été corroborés par une coloration γ-H2AX (marqueur de dommages à l'ADN) élevée dans les tissus humains et par des modèles de sénescence induite par le LPS dans des CNP humains isolés.

Pour contrecarrer cette cascade, l'équipe a mis au point les AuCu-Cur-EVs : un nanozyme bimétallique or-cuivre co-chargé en curcumine et ancré à des vésicules extracellulaires dérivées de cellules souches mésenchymateuses de cordon ombilical humain (hUCMSC-EVs), puis encapsulé dans un hydrogel d'alginate pour une libération intradiscale prolongée. Le nanozyme AuCu imite l'activité de la superoxyde dismutase et de la catalase, neutralisant efficacement le superoxyde et le peroxyde d'hydrogène. La curcumine apporte une seconde couche de protection en surexprimant *NEIL3*, une ADN glycosylase qui excise la guanine oxydée et d'autres bases endommagées par réparation par excision de bases, s'attaquant directement à l'instabilité génomique plutôt que de se contenter de réduire les ERO. Les hUCMSC-EVs jouent un double rôle : elles améliorent considérablement la biodisponibilité de la curcumine et délivrent une cargaison régénératrice endogène (ARN, facteurs de croissance, protéines) qui active la voie p-JNK pour stimuler la synthèse de collagène et d'aggrecane, favorisant ainsi la régénération de la matrice discale.

In vitro, le système a réduit les niveaux d'ERO, diminué les foyers γ-H2AX, supprimé les cytokines du SASP et orienté la polarisation des macrophages du profil pro-inflammatoire M1 vers le profil anti-inflammatoire M2. Dans le modèle de ponction à l'aiguille sur queue de rat, l'injection intradiscale d'AuCu-Cur-EVs en hydrogel a significativement préservé la hauteur discale, restauré la composition matricielle et réduit l'infiltration inflammatoire par rapport aux contrôles.

Cette étude présente une stratégie conceptuellement novatrice de réparation séquentielle de l'ADN — élimination des ERO → réparation par excision de bases de l'ADN → régénération matricielle — qui cible la DDI à plusieurs niveaux mécanistiques simultanément. La plateforme laisse également entrevoir une applicabilité plus large à d'autres maladies liées au vieillissement impliquant des dommages à l'ADN et la sénescence cellulaire.