Un nou studiu bazat pe nanotehnologie generează speranță pentru tratarea leziunilor și insuficienței renale acute.
Rinichiul este un organ vital esențial care îndeplinește funcții critice în organism. Îndepărtează deșeurile și apa suplimentară din fluxul nostru sanguin pentru a produce urină care apoi curge de la rinichi în vezică prin uretere. Aceste deșeuri care sunt produse în corpul nostru din defalcarea normală a mușchilor și a alimentelor trebuie aruncate și excretate eficient.
În acut insuficiență renală, denumită acum Acute Kidney Injury (AKI), deșeurile azotate se acumulează rapid, iar producția de urină scade, adică corpul se luptă să producă urină. Acest lucru se întâmplă într-un interval scurt de timp (zile sau chiar ore) de la debutul bolii, provocând complicații grave. Principala cauză a AKI este stresul oxidativ, care apare din cauza echilibrului perturbat între radicalii liberi și apărarea anti-oxidantă rezultată din creșterea deșeurilor care conțin oxigen, provocând astfel daune lipidelor, proteinelor și ADN-ul. Acest scenariu provoacă inflamație și progresează boala de rinichi. Există atunci șanse mari de a dezvolta boli cardiovasculare și cancer. De aceea, alimentele bogate în antioxidanți și suplimentele sunt cunoscute pentru a proteja de efectele nocive ale deșeurilor care conțin oxigen. Când severitatea bolii renale avansează, sunt necesare terapii de sprijin precum rehidratarea și dializa și chiar și transplantul de rinichi poate fi necesar. Nu există nici un tratament disponibil pentru AKI, făcându-l responsabil pentru milioane de decese în fiecare an.
Protejarea și tratarea rinichilor lezați rămâne o provocare enormă în medicină. Un medicament anti-oxidant NAC (N-acetilcisteina) considerat standardul de aur este în general utilizat pentru a proteja rinichii de toxicitate în timpul procedurilor, dar acest medicament are o biodisponibilitate slabă și, prin urmare, are o eficacitate limitată.
Abordare prin nanotehnologie pentru terapie
Aplicarea nanotehnologiei în metodele biomedicale, inclusiv terapie, a accelerat în ultimele decenii. Dar astfel de aplicații au arătat o limitare în tratarea bolilor de rinichi. Într-un nou studiu, oamenii de știință din SUA și China au descris o nouă metodă preventivă pentru oprirea AKI și tratarea acesteia prin utilizarea nanotehnologiei care implică forme minuscule auto-asamblate care măsoară doar o miliardime dintr-un metru în diametru. Aceste forme au fost proiectate și dezvoltate folosind metoda nanotehnologiei numită "Origami ADN' în care pereche de baze de patru ADN-ul nucleotidele sunt folosite pentru a proiecta și a fabrica ceea ce se numește ADN-ul nanostructuri origami (DON). Aceste nanostructuri – fie de formă triunghiulară, tubulară sau dreptunghiulară – pot fi apoi utilizate pentru îndeplinirea diferitelor sarcini în interiorul corpului. Arhitectura unui astfel de nanostructuri este ideal pentru sistemele vii, deoarece sunt stabile și au toxicitate și imunogenitate scăzute.
ADN-ul nanostructurile origami se autoasamblează și se fixează pe diferite părți ale rinichilor și formează un strat protector în jurul lor. Acest lucru a fost observat la evaluarea distribuției lor fiziologice folosind imagistica cantitativă prin tomografie cu emisie de pozitroni (PET). Studiul lor este publicat în Natura Inginerie biomedicala. Grupul a pregătit diverse ADN-ul structuri origami și, de asemenea, utilizate radio etichetare pentru a studia comportamentul lor în rinichi de șoarece în timp ce le analizează folosind imagistica PET. S-au observat că se acumulează în rinichii șoarecilor sănătoși, precum și în cei care aveau AKI.
Studiul a arătat cum ADN-ul Nanostructurile origami acționează ca un protector rapid al rinichilor (în doar 2 ore) și foarte activ și au fost, de asemenea, terapeutice în ameliorarea simptomelor de AKI. La examinarea distribuției lor în timp real folosind scanarea PET, s-a observat că nanostructurile dreptunghiulare în special au avut cel mai mare succes în protejarea rinichilor în același mod ca un medicament standard. Aceste structuri urmăresc deșeurile care conțin oxigen și izolează celulele de deteriorarea cauzată de stresul oxidativ. Ele ajută la menținerea echilibrului radicalilor liberi și a apărării anti-oxidante în și în jurul rinichilor, reducând și atenuând stresul oxidativ, care este principala sursă și simptom al AKI. Măsurile luate de DON împiedică progresia bolii renale. DON-urile au fost testate atât pe rinichi de șoareci vii, cât și pe celule renale embrionare umane. Aceste structuri au acționat ca o protecție de protecție și au îmbunătățit funcția rinichilor în AKI la fel de eficient ca terapiile medicamentoase tradiționale, în special medicamentul NAC pentru AKI.
Structurile ADN origami au fost prezente în mod persistent în rinichi, ceea ce autorii sugerează că se datorează mai multor factori, inclusiv rezistența DON la enzimele digestive și evitarea supravegherii sistemului imunitar. Din punct de vedere fiziologic, îmbunătățirea funcției renale a fost evaluată prin observarea nivelurilor de creatinine serice și de azot ureic din sânge și a fost clar că a existat o îmbunătățire semnificativă a funcției de excreție renală comparabilă cu terapia medicamentoasă standard.
Acest studiu multidisciplinar combină expertiza în nanomedicină și imagistica in vivo și este primul care investighează distribuția ADN-ul nanostructurilor dintr-un sistem viu prin urmărirea în direct a comportamentului lor. DON au toxicitate scăzută în organele principale ale corpului, făcându-le ideal pentru utilizare clinică la om. Această tehnologie modernă este o bază puternică care poate oferi protecție localizată rinichilor împotriva AKI și poate fi utilizată pentru a proiecta noi abordări terapeutice pentru tratarea AKI și a altor boli de rinichi. O soluție pentru bolile de rinichi ar putea deveni o realitate pentru pacienții care suferă de leziuni renale acute. Studiul se adaugă la potențialul nanostructurilor programabile terapeutice care pot fi utilizate pentru livrarea direcționată a medicamentelor și repararea organelor și țesuturilor în organism.
***
{Puteți citi lucrarea originală de cercetare făcând clic pe linkul DOI de mai jos în lista surselor citate}
Sursa (s)
Jiang D și colab. 2018. ADN-ul Nanostructurile de origami pot prezenta o absorbție renală preferențială și pot atenua leziunile renale acute. Natura Inginerie biomedicala. 2(1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
