骨關節炎等退行性病癥和類風濕關節炎等自身免疫性病癥引起的關節炎癥是痛苦的、衰弱的、難以治療的。目前有一些藥物可以緩解炎癥和腫脹，使患者的生活變得更輕松，盡管在如何使用這些藥物方面還有很大的改進空間。
例如，Anakinra（阿那白滯素）是一種用於治療類風濕性關節炎的藥物，但使用者每次使用時都需要更換註射部位，同時也帶來瞭肺炎或過敏反應等感染風險。通過緩釋微膠囊甚至水凝膠，可以註射並在機械力的作用下釋放藥物，科學傢們在這一領域取得瞭可喜的進展，而最新的研究塑造瞭另一個令人興奮的進步。
它與上述的水凝膠有一些相似之處，因為它被設計成隻有當關節受到機械壓力時才會釋放藥物，比如膝蓋的彎曲。這被認為是一種解決骨關節炎不適的方法，尤其是骨關節炎，這些類型的常規動作會導致疼痛，使日常生活變得困難。
科學傢們首先研究瞭從豬身上提取的軟骨細胞，並能夠在這些細胞中識別出對壓力作出反應的關鍵途徑，以及軟骨中對機械負荷作出反應而開啟的基因回路。然後，他們轉向基因工程，創造這些細胞的版本，這些細胞不僅僅是通過驅動炎癥來應對壓力，而是作為這個過程的一部分產生藥物anakinra。
“我們改變瞭細胞中的DNA片段，以告訴它們在感受到負荷時做一些與正常不同的事情，”高級研究員Farshid Guilak說。“也就是說，要制造一種抗關節炎的藥物。”
這些實驗是在實驗室裡進行的，科學傢們模擬關節的機械應力，用細小的玻璃吸管壓縮細胞，使它們釋放出抗炎藥物作為回應。正如Guilak所解釋的那樣，以這種方式輸送藥物，可以將其滴入受影響的關節中，以對抗炎癥的產生，可以使其更加有效。
“這種藥物似乎並不奏效，除非它連續使用多年，這可能是為什麼它在涉及骨關節炎患者的臨床試驗中效果不佳，”他說。“在實驗室的細胞實驗中，我們使用瞭我們設計的軟骨細胞中現有的信號系統，以便它們在需要的時候釋放藥物。在這裡，我們正在使用合成生物學來創建一種人工細胞類型，我們可以通過編程來響應我們希望它響應的東西。”
除瞭避免定期註射和提高藥物的有效性之外，這種方法還可以否定許多由長期交付驅動的副作用，其中包括脫發，疲勞和胃痛。令人充滿希望的是，該團隊認為該技術可以應用於醫學科學的其他地方。
“我們可以創建自動產生止痛藥物，抗炎藥或生長因子的細胞，使軟骨再生，”Guilak說。“我們認為，這種策略可以成為一個框架，用於做我們可能需要做的事情，即對細胞進行編程，以提供治療方法來應對各種醫療問題。”
該研究發表在《科學進展》雜志上。
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