Local Delivery of Senolytic Drug Inhibits Intervertebral Disc Degeneration and Restores Intervertebral Disc Structure.
ABT263
intervertebral disc degeneration
poly(lactic-co-glycolic acid) nanoparticles
senescence
senolytic therapy
Journal
Advanced healthcare materials
ISSN: 2192-2659
Titre abrégé: Adv Healthc Mater
Pays: Germany
ID NLM: 101581613
Informations de publication
Date de publication:
01 2022
01 2022
Historique:
revised:
09
10
2021
received:
23
07
2021
pubmed:
27
10
2021
medline:
17
3
2022
entrez:
26
10
2021
Statut:
ppublish
Résumé
Intervertebral disc (IVD) degeneration (IVDD) is a leading cause of chronic low back pain. There is a strong clinical demand for more effective treatments for IVDD as conventional treatments provide only symptomatic relief rather than arresting IVDD progression. This study shows that senolytic therapy with local drug delivery can inhibit IVDD and restore IVD integrity. ABT263, a senolytic drug, is loaded in poly(lactic-co-glycolic acid) nanoparticles (PLGA-ABT) and intradiscally administered into injury-induced IVDD rat models. The single intradiscal injection of PLGA-ABT may enable local delivery of the drug to avascular IVD, prevention of potential systemic toxicity caused by systemic administration of senolytic drug, and morbidity caused by repetitive injections of free drug into the IVD. The strategy results in the selective elimination of senescent cells from the degenerative IVD, reduces expressions of pro-inflammatory cytokines and matrix proteases in the IVD, inhibits progression of IVDD, and even restores the IVD structure. This study demonstrates for the first time that local delivery of senolytic drug can effectively treat senescence-associated IVDD. This approach can be extended to treat other types of senescence-associated degenerative diseases.
Identifiants
pubmed: 34699690
doi: 10.1002/adhm.202101483
doi:
Substances chimiques
Pharmaceutical Preparations
0
Senotherapeutics
0
Types de publication
Journal Article
Research Support, Non-U.S. Gov't
Langues
eng
Sous-ensembles de citation
IM
Pagination
e2101483Informations de copyright
© 2021 Wiley-VCH GmbH.
Références
B. G. Peng, World J. Orthop. 2013, 4, 42.
J. W. Larson III, E. A. Levicoff, L. G. Gilbertson, J. D. Kang, JBJS 2006, 88.
C. Feng, H. Liu, M. Yang, Y. Zhang, B. Huang, Y. Zhou, Cell Cycle 2016, 15, 1674.
F. Wang, F. Cai, R. Shi, X. H. Wang, X. T. Wu, Osteoarthritis Cartilage 2016, 24, 398.
I. Han, A. E. Ropper, D. Konya, S. Kabatas, Z. Toktas, Z. Aljuboori, X. Zeng, J. H. Chi, R. Zafonte, Y. D. Teng, Cell Transplant. 2015, 24, 2197.
O. H. Jeon, C. Kim, R. M. Laberge, M. Demaria, S. Rathod, A. P. Vasserot, J. W. Chung, D. H. Kim, Y. Poon, N. David, D. J. Baker, J. M. van Deursen, J. Campisi, J. H. Elisseeff, Nat. Med. 2017, 23, 775.
A. Biran, L. Zada, P. A. Karam, E. Vadai, L. Roitman, Y. Ovadya, Z. Porat, V. Krizhanovsky, Aging Cell 2017, 16, 661.
D. Munoz-Espin, M. Serrano, Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 2014, 15, 482.
T. J. Bussian, A. Aziz, C. F. Meyer, B. L. Swenson, J. M. van Deursen, D. J. Baker, Nature 2018, 562, 578.
P. Zhang, Y. Kishimoto, I. Grammatikakis, K. Gottimukkala, R. G. Cutler, S. Zhang, K. Abdelmohsen, V. A. Bohr, J. Misra Sen, M. Gorospe, M. P. Mattson, Nat. Neurosci. 2019, 22, 719.
C. Aguayo-Mazzucato, J. Andle, T. B. Lee, Jr., A. Midha, L. Talemal, V. Chipashvili, J. Hollister-Lock, J. van Deursen, G. Weir, S. Bonner-Weir, Cell Metab. 2019, 30, 129.
C. L. Le Maitre, A. J. Freemont, J. A. Hoyland, Arthritis Res. Ther. 2007, 9, R45.
M. M. van Rijsbergen, V. M. P. Barthelemy, A. C. T. Vrancken, S. P. M. Crijns, H. J. Wilke, W. Wilson, B. van Rietbergen, K. Ito, Biomech. Model. Mechanobiol. 2017, 16, 537.
P. Patil, L. J. Niedernhofer, P. D. Robbins, J. Lee, G. Sowa, N. Vo, Curr. Mol. Biol. Rep. 2018, 4, 180.
X. Li, F. Lin, Y. Wu, N. Liu, J. Wang, R. Chen, Z. Lu, Biosci. Rep. 2019, 39.
P. Patil, Q. Dong, D. Wang, J. Chang, C. Wiley, M. Demaria, J. Lee, J. Kang, L. J. Niedernhofer, P. D. Robbins, G. Sowa, J. Campisi, D. Zhou, N. Vo, Aging Cell 2019, 18, e12927.
H. Cherif, D. G. Bisson, M. Mannarino, O. Rabau, J. A. Ouellet, L. Haglund, eLife 2020, 9, e54693.
W. H. Wilson, O. A. O'Connor, M. S. Czuczman, A. S. LaCasce, J. F. Gerecitano, J. P. Leonard, A. Tulpule, K. Dunleavy, H. Xiong, Y.-L. Chiu, Y. Cui, T. Busman, S. W. Elmore, S. H. Rosenberg, A. P. Krivoshik, S. H. Enschede, R. A. Humerickhouse, Lancet Oncol. 2010, 11, 1149.
D. Schmid, G. E. Jarvis, F. Fay, D. M. Small, M. K. Greene, J. Majkut, S. Spence, K. M. McLaughlin, K. D. McCloskey, P. G. Johnston, A. Kissenpfennig, D. B. Longley, C. J. Scott, Cell Death Dis. 2014, 5, e1454.
A. Migliore, A. Sorbino, S. Bacciu, A. Bellelli, B. Frediani, S. Tormenta, C. Pirri, C. Foti, Ther. Clin. Risk Manage. 2020, 16, 953.
L. Zhao, L. Manchikanti, A. D. Kaye, A. Abd-Elsayed, Curr. Pain Headache Rep. 2019, 23, 86.
A. Matta, W. M. Erwin, Curr. Rev. Musculoskeletal Med. 2020, 13, 680.
J. M. Cuellar, M. P. Stauff, R. J. Herzog, J. A. Carrino, G. A. Baker, E. J. Carragee, Spine J. 2016, 16, 273.
S. E. Kim, J. G. Kim, K. Park, Tissue Eng. Regener. Med. 2019, 16, 467.
C. Tse, A. R. Shoemaker, J. Adickes, M. G. Anderson, J. Chen, S. Jin, E. F. Johnson, K. C. Marsh, M. J. Mitten, P. Nimmer, L. Roberts, S. K. Tahir, Y. Xiao, X. Yang, H. Zhang, S. Fesik, S. H. Rosenberg, S. W. Elmore, Cancer Res. 2008, 68, 3421.
J. Chang, Y. Wang, L. Shao, R. M. Laberge, M. Demaria, J. Campisi, K. Janakiraman, N. E. Sharpless, S. Ding, W. Feng, Y. Luo, X. Wang, N. Aykin-Burns, K. Krager, U. Ponnappan, M. Hauer-Jensen, A. Meng, D. Zhou, Nat. Med. 2016, 22, 78.
A. Kumari, S. K. Yadav, S. C. Yadav, Colloids Surf., B 2010, 75, 1.
F. S. T. Mirakabad, K. Nejati-Koshki, A. Akbarzadeh, M. R. Yamchi, M. Milani, N. Zarghami, V. Zeighamian, A. Rahimzadeh, S. Alimohammadi, Y. Hanifehpour, S. W. Joo, Asian Pac. J. Cancer Prev. 2014, 15, 517.
S. Rezvantalab, N. I. Drude, M. K. Moraveji, N. Güvener, E. K. Koons, Y. Shi, T. Lammers, F. Kiessling, Front. Pharmacol. 2018, 9, 1260.
D. M. Valcourt, M. N. Dang, M. A. Scully, E. S. Day, ACS Nano 2020, 14, 3378.
S.-W. Kim, Y. K. Lee, J. Y. Lee, J. H. Hong, D. Khang, Nanotechnology 2017, 28, 465102.
G. Pattappa, Z. Li, M. Peroglio, N. Wismer, M. Alini, S. Grad, J. Anat. 2012, 221, 480.
J. Clouet, G. Grimandi, M. Pot-Vaucel, M. Masson, H. B. Fellah, L. Guigand, Y. Cherel, E. Bord, F. Rannou, P. Weiss, J. Guicheux, C. Vinatier, Rheumatology 2009, 48, 1447.
M. F. van Delft, A. H. Wei, K. D. Mason, C. J. Vandenberg, L. Chen, P. E. Czabotar, S. N. Willis, C. L. Scott, C. L. Day, S. Cory, J. M. Adams, A. W. Roberts, D. C. Huang, Cancer Cell 2006, 10, 389.
A. K. Mohammad, J. J. Reineke, Mol. Pharm. 2013, 10, 2183.
M.-H. Hu, K.-C. Yang, Y.-J. Chen, Y.-H. Sun, F.-H. Lin, S.-H. Yang, J. Orthop. Res. 2018, 36, 2876.
T. Ohnishi, K. Yamada, K. Iwasaki, T. Tsujimoto, H. Higashi, T. Kimura, N. Iwasaki, H. Sudo, Sci. Rep. 2019, 9, 19324.
F. Debacq-Chainiaux, J. D. Erusalimsky, J. Campisi, O. Toussaint, Nat. Protoc. 2009, 4, 1798.
S. Watanabe, S. Kawamoto, N. Ohtani, E. Hara, Cancer Sci. 2017, 108, 563.
Y. Tian, W. Yuan, N. Fujita, J. Wang, H. Wang, I. M. Shapiro, M. V. Risbud, Am. J. Pathol. 2013, 182, 2310.
P. De Luca, L. de Girolamo, D. Kouroupis, M. Castagnetta, C. P. Orfei, D. Coviello, S. Coco, D. Correa, M. Brayda-Bruno, A. Colombini, Eur. Cells Mater. 2020,39, 227.
K. Kohyama, R. Saura, M. Doita, K. Mizuno, Kobe J. Med. Sci. 2000, 46, 283.
H. Miyamoto, R. Saura, T. Harada, M. Doita, K. Mizuno, Kobe J. Med. Sci. 2000, 46, 13.
M. V. Risbud, I. M. Shapiro, Nat. Rev. Rheumatol. 2014, 10, 44.
Y. Zhao, Z. Jia, S. Huang, Y. Wu, L. Liu, L. Lin, D. Wang, Q. He, D. Ruan, Stem Cells Int. 2017, 2017, 6761572.
M. Yasen, Q. Fei, W. C. Hutton, J. Zhang, J. Dong, X. Jiang, F. Zhang, Acta Biochim. Biophys. Sin. 2013, 45, 368.
F. J. Lyu, K. M. Cheung, Z. Zheng, H. Wang, D. Sakai, V. Y. Leung, Nat. Rev. Rheumatol. 2019, 15, 102.
V. Tam, W. C. W. Chan, V. Y. L. Leung, K. S. E. Cheah, K. M. C. Cheung, D. Sakai, M. R. McCann, J. Bedore, C. A. Séguin, D. Chan, J. Orthop. Res. 2018, 36, 233.
Y. Zhang, B. Yang, J. Wang, F. Cheng, K. Shi, L. Ying, C. Wang, K. Xia, X. Huang, Z. Gong, C. Yu, F. Li, C. Liang, Q. Chen, Oxid. Med. Cell. Longevity 2020, 2020, 9503562.
Z. Shao, B. Wang, Y. Shi, C. Xie, C. Huang, B. Chen, H. Zhang, G. Zeng, H. Liang, Y. Wu, Y. Zhou, N. Tian, A. Wu, W. Gao, X. Wang, X. Zhang, Osteoarthritis Cartilage 2021, 29, 413.
H. Yang, C. Chen, H. Chen, X. Duan, J. Li, Y. Zhou, W. Zeng, L. Yang, Aging 2020, 12, 12750.
R. M. Perciavalle, J. T. Opferman, Trends Cell Biol. 2013, 23, 22.
E. Bolesta, L. W. Pfannenstiel, A. Demelash, M. L. Lesniewski, M. Tobin, S. E. Schlanger, S. C. Nallar, J. C. Papadimitriou, D. V. Kalvakolanu, B. R. Gastman, Mol. Cell. Biol. 2012, 32, 1879.
X. Li, Q. Dou, Q. Kong, J. Coll. Physicians Surg. Pak. 2016, 26, 138.
S. Roberts, E. H. Evans, D. Kletsas, D. C. Jaffray, S. M. Eisenstein, Eur. Spine J. 2006, 15, 312.
T. Chen, X. Cheng, J. Wang, X. Feng, L. Zhang, Med. Sci. Monit. 2018, 24, 6456.
M. F. d. Campos, C. P. d. Oliveira, C. B. Neff, O. M. d. T. Correa, M. A. S. Pinhal, L. M. R. Rodrigues, Acta Ortop. Bras. 2016, 24, 16.
J. P. Jarman, V. E. Arpinar, D. Baruah, A. P. Klein, D. J. Maiman, L. T. Muftuler, Eur. Spine J. 2015, 24, 1944.
J. Yan, S. Yang, H. Sun, D. Guo, B. Wu, F. Ji, D. Zhou, J. Biomater. Appl. 2013, 29, 72.
N. Henry, J. Clouet, J. L. Bideau, C. L. Visage, J. Guicheux, Biotechnol. Adv. 2018, 36, 281.
J. W. Lee, T.-H. Lim, J. B. Park, J. Biomed. Mater. Res., Part A 2010, 92A, 378.
A. R. Davalos, M. Kawahara, G. K. Malhotra, N. Schaum, J. Huang, U. Ved, C. M. Beausejour, J. P. Coppe, F. Rodier, J. Campisi, J. Cell Biol. 2013, 201, 613.
G. P. Dimri, X. Lee, G. Basile, M. Acosta, G. Scott, C. Roskelley, E. E. Medrano, M. Linskens, I. Rubelj, O. Pereira-Smith, Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1995, 92, 9363.
J. Krishnamurthy, C. Torrice, M. R. Ramsey, G. I. Kovalev, K. Al-Regaiey, L. Su, N. E. Sharpless, J. Clin. Invest. 2004, 114, 1299.
B. Pennicooke, Y. Moriguchi, I. Hussain, L. Bonssar, R. Härtl, Cureus 2016, 8, e892.
C. W. A. Pfirrmann, A. Metzdorf, M. Zanetti, J. Hodler, N. Boos, Spine 2001, 26.
A. Siccoli, V. E. Staartjes, M. P. De Wispelaere, P.-P. A. Vergroesen, M. L. Schröder, Cureus 2019, 11, e4081.
E. Okada, M. Matsumoto, H. Fujiwara, Y. Toyama, Eur. Spine J. 2011, 20, 585.
A.-K. Schubert, J. J. Smink, M. Arp, J. Ringe, A. A. Hegewald, M. Sittinger, Int. J. Mol. Sci. 2018, 19, 1761.
G. Ciapetti, D. Granchi, V. Devescovi, E. Leonardi, T. Greggi, M. Di Silvestre, N. Baldini, Eur. Spine J. 2012, 21, 10.
G. G. H. van den Akker, A. Cremers, D. A. M. Surtel, W. Voncken, T. J. M. Welting, in Osteoporosis and Osteoarthritis (Eds: A. J. van Wijnen, M. S. Ganshina), Springer US, New York 2021, p. 41.
A.-K. Schubert, J. J. Smink, M. Pumberger, M. Putzier, M. Sittinger, J. Ringe, J. Orthop. Surg. Res. 2018, 13, 209.
S. U. Kuh, Y. Zhu, J. Li, K. J. Tsai, Q. Fei, W. C. Hutton, T. S. Yoon, Jt., Bone, Spine 2009, 76, 70.
J. H. Kim, R. K. Studer, N. V. Vo, G. A. Sowa, J. D. Kang, Osteoarthritis Cartilage 2009, 17, 1662.
A. Dimozi, E. Mavrogonatou, A. Sklirou, D. Kletsas, Eur. Cells Mater. 2015, 30, 89.
J. Shen, K. Lee, S. Choi, W. Qu, Y. Wang, D. J. Burgess, Int. J. Pharm. 2016, 498, 274.
A. Reisch, A. S. Klymchenko, Small 2016, 12, 1968.
C. K. Kepler, R. K. Ponnappan, C. A. Tannoury, M. V. Risbud, D. G. Anderson, Spine J. 2013, 13, 318.
N. W. Hodson, S. Patel, S. M. Richardson, J. A. Hoyland, H. T. J. Gilbert, JOR Spine 2018, 1, e1004.
S. Kim, J. C. Kim, D. Sul, S. W. Hwang, S. H. Lee, Y. H. Kim, G. Tae, J. Nanosci. Nanotechnol. 2011, 11, 4586.
P. C. Hughes, J. M. Tanner, J. Anat. 1970, 106, 371.
J. A. Horton, J. T. Bariteau, R. M. Loomis, J. A. Strauss, T. A. Damron, Anat. Rec. 2008, 291, 283.
C. C. Netto, V. C. C. Vieira, L. P. F. Marinheiro, S. Agellon, H. Weiler, M. R. Maróstica, Jr, Arq. Bras. Endocrinol. Metabol. 2012, 56, 259.
M. S. Muttigi, B. J. Kim, H. Kumar, S. Park, U. Y. Choi, I. Han, H. Park, S.-H. Lee, Stem Cell Res. Ther. 2020, 11, 363.