Neuropathic pain encompasses a diverse array of clinical entities affecting 7-10% of the population, which is challenging to adequately treat. Several promising therapeutics derived from molecular discoveries in animal models of neuropathic pain have failed to translate following unsuccessful clinical trials suggesting the possibility of important cellular-level and molecular differences between animals and humans. Establishing the extent of potential differences between laboratory animals and humans, through direct study of human tissues and/or cells, is likely important in facilitating translation of preclinical discoveries to meaningful treatments. Patch-clamp electrophysiology and RNA-sequencing was performed on dorsal root ganglia taken from patients with variable presence of radicular/neuropathic pain. Findings establish that spontaneous action potential generation in dorsal root ganglion neurons is associated with radicular/neuropathic pain and radiographic nerve root compression. Transcriptome analysis suggests presence of sex-specific differences and reveals gene modules and signalling pathways in immune response and neuronal plasticity related to radicular/neuropathic pain that may suggest therapeutic avenues and that has the potential to predict neuropathic pain in future cohorts.

Peripheral neuropathy is dose limiting in paclitaxel cancer chemotherapy and can result in both acute pain during treatment and chronic persistent pain in cancer survivors. The hypothesis tested was that paclitaxel produces these adverse effects at least in part by sensitizing transient receptor potential vanilloid subtype 1 (TRPV1) through Toll-like receptor 4 (TLR4) signaling. The data show that paclitaxel-induced behavioral hypersensitivity is prevented and reversed by spinal administration of a TRPV1 antagonist. The number of TRPV1 + neurons is increased in the dorsal root ganglia (DRG) in paclitaxel-treated rats and is colocalized with TLR4 in rat and human DRG neurons. Cotreatment of rats with lipopolysaccharide from the photosynthetic bacterium Rhodobacter sphaeroides (LPS-RS), a TLR4 inhibitor, prevents the increase in numbers of TRPV1 + neurons by paclitaxel treatment. Perfusion of paclitaxel or the archetypal TLR4 agonist LPS activated both rat DRG and spinal neurons directly and produced acute sensitization of TRPV1 in both groups of cells via a TLR4-mediated mechanism. Paclitaxel and LPS sensitize TRPV1 in HEK293 cells stably expressing human TLR4 and transiently expressing human TRPV1. These physiological effects also are prevented by LPS-RS. Finally, paclitaxel activates and sensitizes TRPV1 responses directly in dissociated human DRG neurons. In summary, TLR4 was activated by paclitaxel and led to sensitization of TRPV1. This mechanism could contribute to paclitaxel-induced acute pain and chronic painful neuropathy. SIGNIFICANCE STATEMENT In this original work, it is shown for the first time that paclitaxel activates peripheral sensory and spinal neurons directly and sensitizes these cells to transient receptor potential vanilloid subtype 1 (TRPV1)-mediated capsaicin responses via Toll-like receptor 4 (TLR4) in multiple species. A direct functional interaction between TLR4 and TRPV1 is shown in rat and human dorsal root ganglion neurons, TLR4/TRPV1-coexpressing HEK293 cells, and in both rat and mouse spinal cord slices. Moreover, this is the first study to show that this interaction plays an important role in the generation of behavioral hypersensitivity in paclitaxel-related neuropathy. The key translational implications are that TLR4 and TRPV1 antagonists may be useful in the prevention and treatment of chemotherapy-induced peripheral neuropathy in humans.

Chemotherapy-induced peripheral neuropathy (CIPN) is a common adverse effect experienced by cancer patients receiving treatment with paclitaxel. The voltage-gated sodium channel 1.7 (Na v 1.7) plays an important role in multiple preclinical models of neuropathic pain and in inherited human pain phenotypes, and its gene expression is increased in dorsal root ganglia (DRGs) of paclitaxel-treated rats. Hence, the potential of change in the expression and function of Na v 1.7 protein in DRGs from male rats with paclitaxel-related CIPN and from male and female humans with cancer-related neuropathic pain was tested here. Double immunofluorescence in CIPN rats showed that Na v 1.7 was upregulated in small DRG neuron somata, especially those also expressing calcitonin gene-related peptide (CGRP), and in central processes of these cells in the superficial spinal dorsal horn. Whole-cell patch-clamp recordings in rat DRG neurons revealed that paclitaxel induced an enhancement of ProTx II (a selective Na v 1.7 channel blocker)-sensitive sodium currents. Bath-applied ProTx II suppressed spontaneous action potentials in DRG neurons occurring in rats with CIPN, while intrathecal injection of ProTx II significantly attenuated behavioral signs of CIPN. Complementarily, DRG neurons isolated from segments where patients had a history of neuropathic pain also showed electrophysiological and immunofluorescence results indicating an increased expression of Na v 1.7 associated with spontaneous activity. Na v 1.7 was also colocalized in human cells expressing transient receptor potential vanilloid 1 and CGRP. Furthermore, ProTx II decreased firing frequency in human DRGs with spontaneous action potentials. This study suggests that Na v 1.7 may provide a potential new target for the treatment of neuropathic pain, including chemotherapy (paclitaxel)-induced neuropathic pain. SIGNIFICANCE STATEMENT This work demonstrates that the expression and function of the voltage-gated sodium channel Na v 1.7 are increased in a preclinical model of chemotherapy-induced peripheral neuropathy (CIPN), the most common treatment-limiting side effect of all the most common anticancer therapies. This is key as gain-of-function mutations in human Na v 1.7 recapitulate both the distribution and pain percept as shown by CIPN patients. This work also shows that Na v 1.7 is increased in human DRG neurons only in dermatomes where patients are experiencing acquired neuropathic pain symptoms. This work therefore has major translational impact, indicating an important novel therapeutic avenue for neuropathic pain as a class.

Osteoporosis is majorly caused by an imbalance between osteoclastic and osteogenic niches. Despite the development of nationally recognized first-line anti-osteoporosis drugs, including alendronate (AL), their low bioavailability, poor uptake rate, and dose-related side effects present significant challenges in treatment. This calls for an urgent need for more effective bone-affinity drug delivery systems. In this study, we produced hybrid structures with bioactive components and stable fluffy topological morphology by cross-linking calcium and phosphorus precursors based on mesoporous silica to fabricate nanoadjuvants for AL delivery. The subsequent grafting of -PEG-DAsp8 ensured superior biocompatibility and bone targeting capacity. RNA sequencing revealed that these fluffy nanoadjuvants effectively activated adhesion pathways through CARD11 and CD34 molecular mechanisms, hence promoting cellular uptake and intracellular delivery of AL. Experiments showed that small-dose AL nanoadjuvants effectively suppress osteoclast formation and potentially promote osteogenesis. In vivo results restored the balance between osteogenic and osteoclastic niches against osteoporosis as well as the consequent significant recovery of bone mass. Therefore, this study constructed a drug nanoadjuvant with peculiar topological structures and high bone targeting capacities, efficient intracellular drug delivery as well as bone bioactivity. This provides a novel perspective on drug delivery for osteoporosis and treatment strategies for other bone diseases.

Objectives: To compare the value of tumor stroma ratio (TSR) and radiomic signature from baseline MRI for stratifying the risk of distant metastases (DM) in patients with locally advanced rectal cancer (LARC). Materials and methods: Data from 302 patients with LARC who underwent neoadjuvant chemoradiotherapy and total mesorectal excision in our hospital between 2015 and 2018 were retrospectively reviewed, and the patients were randomly allocated into the training and validation cohorts in a ratio of 7:3. Patients were followed-up for more than 3 years postoperatively with metachronous DM as the endpoint. Independent risk factors for DM-free survival (DMFS) were analyzed using Cox regression. The TSR of endoscopic biopsy specimens was scored automatically. Totally 1229 radiomic features of each tumor were extracted from baseline MRI, and the Radscore was calculated. Results: The median follow-up time was 54.3 (51.6–57.1) months, and the 3-year DMFS was 83.8%. The best cutoff value of the TSR to distinguish patient’s DM risk was 0.477 (Sen=70.8%, Sep=78%, P <0.001). Increased TSR (HR=3.072, P =0.006) and Radscore (HR=719.231, P =0.023), advanced MR-evaluated T stage (HR=2.660, P =0.023) and ypN (HR=2.362, P =0.028) stage were independent risk factors for DMFS. The area under the curve of the combined model was significantly higher than that of the radiomic model ( P =0.013) but without significant advantage over the TSR model ( P =0.086). Conclusion: TSR of colonoscopic biopsies can independently stratify DM risk in patients with LARC. The TSR model is the most convenient and efficient method for DM risk stratification in LARC.