Ново проучване, базирано на нанотехнологиите, генерира надежда за лечение на остро увреждане и недостатъчност на бъбреците.
Бъбреците са жизненоважен орган, който изпълнява критични функции в тялото. Той премахва отпадъците и допълнителната вода от кръвния ни поток, за да произвежда урина, която след това тече от бъбреците към пикочния мехур през уретерите. Тези отпадъци, които се произвеждат в нашето тяло от нормалното разграждане на мускулите и храните, трябва да бъдат изхвърлени и изхвърлени ефективно.
В остра бъбречна недостатъчност, сега наречена остра бъбречна травма (AKI), азотните отпадъци бързо се натрупват и отделянето на урина намалява, т.е. тялото се бори да произвежда урина. Това се случва в рамките на кратък период от време (дни или дори часове) от началото на заболяването, което причинява сериозни усложнения. Водещата причина за AKI е оксидативният стрес, който възниква поради нарушен баланс между свободните радикали и антиоксидантната защита в резултат на увеличаване на кислород-съдържащите отпадни продукти, което причинява увреждане на липидите, протеините и ДНК. Този сценарий причинява възпаление и ускорява бъбречното заболяване. Тогава има високи шансове за развитие на сърдечно-съдови заболявания и рак. Ето защо е известно, че богатите на антиоксиданти храни и добавки предпазват от вредното въздействие на кислород-съдържащите отпадъчни продукти. Когато тежестта на бъбречното заболяване напредне, са необходими поддържащи терапии като рехидратация и диализа и дори може да се наложи трансплантация на бъбрек. Няма налично лечение за AKI, което го прави отговорен за милиони смъртни случаи всяка година.
Защитата и лечението на увредени бъбреци остава огромно предизвикателство в медицината. Антиоксидантно лекарство NAC (N-ацетилцистеин), считано за златен стандарт, обикновено се използва за защита на бъбреците от токсичност по време на процедури, но това лекарство има лоша бионаличност и по този начин има ограничена ефективност.
Нанотехнологичен подход за терапия
Приложението на нанотехнологиите в биомедицинските методи, включително терапията, набра скорост през последните десетилетия. Но такива приложения показват ограничение при лечението на бъбречни заболявания. В ново проучване учени от САЩ и Китай описаха нов превантивен метод за спиране на AKI и неговото лечение чрез използване на нанотехнология, включваща малки самосглобяващи се форми, които са с размер само милиардна част от метъра в диаметър. Тези форми са проектирани и разработени с помощта на нанотехнологичния метод, наречен "ДНК оригами' в кое базово сдвояване от четири ДНК нуклеотидите се използва за проектиране и производство на т.нар ДНК оригами наноструктури (DON). Тези наноструктури – с триъгълна, тръбна или правоъгълна форма – могат след това да се използват за изпълнение на различни задачи вътре в тялото. Архитектурата на такива наноструктури е идеално подходящ за живи системи, тъй като са стабилни и имат ниска токсичност и имуногенност.
ДНК наноструктурите на оригами се самосглобяват и се захващат за различни части на бъбреците и образуват защитен слой около тях. Това се наблюдава при оценката на тяхното физиологично разпределение с помощта на количествено изобразяване чрез позитронно-емисионна томография (PET). Изследването им е публикувано в Природа Биомедицинско инженерство. Групата подготви различни ДНК оригами структури и също използвани радио маркиране, за да проучи поведението им в миши бъбрек, докато ги анализира с помощта на PET изображения. Вижда се, че се натрупват в бъбреците на здрави мишки, както и на тези, които са имали AKI.
Проучването показа как ДНК Наноструктурите на оригами действат като бърз (само за 2 часа) и много активен защитник на бъбреците и също така са терапевтични за облекчаване на симптомите на AKI. При изследване на тяхното разпределение в реално време с помощта на PET сканиране се видя, че правоъгълните наноструктури са най-успешни в защитата на бъбреците по същия начин, както стандартното лекарство. Тези структури проследяват съдържащите кислород отпадъчни продукти и изолират клетките от увреждане, дължащо се на оксидативен стрес. Те помагат за поддържане на баланса на свободните радикали и антиоксидантната защита в и около бъбреците, като намаляват и облекчават оксидативния стрес, който е водещият източник и симптом на AKI. Предприетите от ДОН мерки спират прогресирането на бъбречното заболяване. DONs са тествани както върху бъбрек на живи мишки, така и върху човешки ембрионални бъбречни клетки. Тези структури действат като защитна защита и подобряват бъбречната функция при AKI също толкова ефективно, колкото традиционните лекарствени терапии, особено NAC лекарство за AKI.
Структурите на ДНК оригами постоянно присъстват в бъбреците, което според авторите се дължи на няколко фактора, включително резистентност на DON към храносмилателните ензими и тяхното избягване на наблюдение на имунната система. Физиологично, подобрението на бъбречната функция се оценява чрез отбелязване на нивата на серумния креатинин и азота на уреята в кръвта и е ясно, че има значително подобрение на бъбречната екскреторна функция, сравнимо със стандартната лекарствена терапия.
Това мултидисциплинарно проучване съчетава опит в наномедицината и in vivo изображения и е първото в историята, което изследва разпространението на ДНК наноструктури в жива система чрез проследяване на живо на тяхното поведение. DON имат ниска токсичност в основните органи на тялото, което ги прави идеални за клинична употреба при хора. Тази модерна технология е здрава основа, която може да осигури локализирана защита на бъбреците от AKI и може да се използва за проектиране на нови терапевтични подходи за лечение на AKI и други бъбречни заболявания. Решение за бъбречни заболявания може да стане реалност за пациенти, страдащи от остро бъбречно увреждане. Проучването добавя към потенциала на терапевтичните програмируеми наноструктури, които могат да се използват за целенасочено доставяне на лекарства и възстановяване на органи и тъкани в тялото.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Jiang D и др. 2018 г. ДНК наноструктурите на оригами могат да проявят преференциално усвояване от бъбреците и да облекчат остро увреждане на бъбреците. Природа Биомедицинско инженерство. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
