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 nucleotides is used to engineer and fabricate what is called ДНК origami nanostructures (DONs). These nanostructures – either triangular, tubular or rectangular in shape – can be then used for performing various tasks inside the body. The architecture of such наноструктури е идеално подходящ за живи системи, тъй като са стабилни и имат ниска токсичност и имуногенност.
ДНК origami nanostructures self-assemble and latch onto different parts of the kidneys and form a protective layer around them. This has been seen when assessing their physiological distribution using quantitative imaging by positron emission tomography (PET). Their study is published in Природа Биомедицинско инженерство. The group prepared various ДНК origami structures and also used радио labelling to study their behaviour in mouse kidney while analysing them using PET imaging. They were seen to accumulate in kidneys of healthy mice as well those who had AKI.
The study showed how ДНК origami nanostructures act as a fast (within only 2 hours) and very active kidney protectant and were also therapeutic in relieving symptoms of AKI. Upon examination of their real-time distribution using PET scan it was see that rectangular nanostructures particularly were most successful in protecting kidneys in the same manner as a standard drug would. These structures track down oxygen-containing waste products and insulate the cells from damage due to oxidative stress. They help maintain balance of free radicals and anti-oxidant defences in and around the kidney reducing and alleviating oxidative stress which is the leading source and symptom of AKI. The measures taken by DONs stop the kidney disease to progress. DONs were tested both on living mice kidney and human embryonic kidney cells. These structures acted as a protective guard and improved kidney function in AKI as effectively as traditional drug therapies particularly NAC drug for 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.
This multidisciplinary study combines expertise of nanomedicine and in-vivo imaging and is the first ever to investigate distribution of ДНК nanostructures in a living system by live tracking their behaviour. DONs have low toxicity in main organs of the body making them ideally suited for clinical use in humans. This modern technology is a strong foundation which can provide localized protection to kidneys from AKI and can be used to design novel therapeutic approaches for treating AKI and other kidney diseases. A solution for kidney diseases could become a reality for patients suffering from acute kidney injury. The study adds to the potential of therapeutic programmable nanostructures which can be used for targeted drug delivery and organ and tissue repair in the body.
***
{Можете да прочетете оригиналната изследователска статия, като щракнете върху връзката DOI, дадена по-долу в списъка с цитирани източници}
Източник (и)
Jiang D et al. 2018. ДНК origami nanostructures can exhibit preferential renal uptake and alleviate acute kidney injury. Природа Биомедицинско инженерство. 2 (1). https://doi.org/10.1038/s41551-018-0317-8
***
